一文解决DNA甲基化研究的检测方法选择问题

在RNA甲基化修饰大热的今天，m6A RNA甲基化修饰几乎霸占了各个科研热点方向的搜索版块，就连小编都过了一把“网红瘾”，做了两次关于m6A RNA甲基化研究的在线直播：

1.国自然热点——m6A RNA甲基化修饰课题大揭秘；

2.m6A RNA甲基化课题设计思路分享。

相比RNA甲基化，DNA甲基化研究似乎没有这么高的关注度，但是这并不影响DNA甲基化研究的重要性。今天小编就给大家简单介绍几种DNA甲基化检测的手段，解决小伙伴们DNA甲基化研究的方法选择问题。

介绍检测手段之前，我们先一起来了解一下DNA甲基化。

一、DNA甲基化

一直以来，DNA甲基化是表观遗传学领域研究的重点之一。DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase, 缩写DNMT）的作用下，基因组DNA序列上CpG岛的二核苷酸5′端胞嘧啶转变为5′甲基胞嘧啶（5′ methylcytosine, 缩写5mC）。这种DNA修饰的方式并未改变基因的序列, 但能改变某些基因的表达，从而影响生物学功能。

DNA甲基化的生物学功能

二、确定DNA甲基化研究的检测手段

我们先通过一张图看看研究DNA甲基化大概都有哪些手段：

在选择用什么方法检测甲基化之前，小伙伴们可以先问自己三个问题：

1. 要检测整体DNA甲基化水平还是位点特异性甲基化水平？
2. 要全基因组水平分析还是位点特异性分析？
3. 需要达到单核苷酸分辨率吗？

相信在回答完这3个问题以后，基本要用什么手段来检测DNA甲基化水平就比较明确了。

三、检测DNA甲基化的四种技术

今天重点给小伙伴们介绍4种检测DNA甲基化的技术。

首先，当小伙伴们还非常迷茫，没有特定要研究的基因或者位点，只是有样本，想要看看在不同的样本中整个基因组DNA的甲基化的情况，这时候可以选择下面两种检测方法：

1. 全基因组DNA甲基化测序（Whole-genome bisulfite sequencing，WGBS）

其原理是用 Bisulfite 处理DNA序列，首先将基因组中未发生甲基化的 C 碱基转换成 U（T），从而与原本具有甲基化修饰的碱基C区分开来，然后进行PCR扩增，结合高通量测序技术，适用于全基因组范围内绘制单碱基分辨率的DNA 甲基化图谱。如果小伙伴们经费充足，WGBS当然是最好的，可获得全基因组范围内单碱基分辨率的所有DNA甲基化情况，信息最为丰富、全面，要绘制甲基化谱的小伙伴可以选择这种方法。

上述研究利用WGBS绘制了Coffin–Siris（CSS）和Nicolaides–Baraitser syndromes (NCBRS)各个亚型病人的外周血DNA甲基化图谱，大家可以参考一下。

2. 限制性内切酶—重亚硫酸盐靶向测序（Reduced representation bisulfite sequencing，RRBS）

考虑到 WGBS 成本较高，因此还有一种跟 WGBS 十分相似，但是只测部分基因组的方法，即RRBS，也可以称为“代表性精简的亚硫酸盐测序”。

RRBS主要覆盖启动子区域， 可以检测到人类基因组中 85% 的 CpG 岛。众所周知，DNA甲基化修饰大多发生在CPG岛区域，所以对于一般研究而言，RRBS也能满足大多数小伙伴的需求，关键是成本低，性价比是非常高的。

该研究利用RRBS技术检测了结直肠癌从早期的异常病灶发展到中晚期的结直肠癌，这个过程中肿瘤组织DNA甲基化的变化情况。

其次，当小伙伴们用WGBS和RRBS的方法检测了不同样本中各个基因的DNA甲基化情况，然后确定了一些自己感兴趣的基因，或者感兴趣的位点区域，想要在大样本中验证特异的基因或者位点，我们可以选择下面两种检测方法：

1. 亚硫酸盐扩增子高通量测序（bisulfite amplicon sequencing，BSAS）

根据特异基因区域或 CpG 岛的序列设计实验，Bisulfite PCR 扩增之后结合第二代高通量测序，能避免载体克隆测序的大量工作量和高昂成本，大大提高DNA甲基化分辨率的同时完成多个样本多个候选区域的 DNA 甲基化分析。

研究者利用BSAS检测特定的基因MDGA2的启动子CPG岛在不同胃癌细胞和胃癌样本中的甲基化状态。

2. MassARRY飞行质谱检测技术

MassARRAY  DNA甲基化检测基于MassARRAY分⼦量阵列技术的基因分析⼯具，通过切割反应与灵敏、可靠的MALDI-TOF质谱技术相结合，实现单基因甲基化定量检测，是一个中通量的检测平台。

研究者利用MassARRAY技术评估了154例乳腺癌发病较早并且BRCA1 / 2阴性的患者，以及60名健康对照者血液中12个基因座的启动子甲基化情况。

这四种DNA甲基化的检测手段，基本能够满足小伙伴们从筛选到验证的DNA甲基化研究需求。

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