利用分子量阵列平台进行特定序列甲基化分析的方法探讨

目的:探讨利用分子量阵列平台进行特定序列甲基化分析的方法。方法:通过对不同扩增条件和扩增效率及不同条件处理的质谱分析比较了MassArray平台进行甲基化分析的特点。结果:本研究通过与重亚硫酸盐测序结果比较证实,MassArray分子量阵列技术平台能够反映甲基化修饰的真实水平;通过不同条件下PCR扩增效率与甲基化分析的结果,发现扩增效率是制约MassArray分子量阵列技术平台甲基化分析的关键因素,而产物的放置时间和不同的处理没有明显影响甲基化分析。结论:Mas-sArray甲基化分析平台是高效快速检测甲基化修饰的平台,在使用过程中应该根据实际的实验条件,进行合理的质控。     

DNA甲基化分析中重亚硫酸盐处理DNA转化效率的评估方法

为建立一种评估重亚硫酸盐处理DNA样本后胞嘧啶转化效率的有效方法,以两组不同的TaqMan qPCR检测梯度稀释的重亚硫酸盐处理和未处理的DNA标准品,建立转化与未转化的DNA Ct值以及对应的DNA拷贝数的标准曲线。使用相同的探针定量检测重亚硫酸盐处理后的DNA样本评估转化效率。结果显示该方法应用两组探针,根据相应的标准曲线,精确评估样本经重亚硫酸盐处理的转化效率。使用已知转化和未转化拷贝数的混合DNA作为模板,证实了该方法的可靠性。同时也对不同重亚硫酸盐试剂盒处理DNA的转化效率进行了评估,结果显示,该方法能够有效地评估DNA样品重亚硫酸盐的转化效率,为DNA甲基化准确分析提供了可靠快捷的方法。     

小鼠骨髓细胞中p16和Ralb基因启动区CpG岛的甲基化位点分析

抑癌基因p16和白血病致癌因子Ralb与白血病的发生密切相关,其启动子区CpG岛的甲基化对基因表达具有重要作用.本文旨在分析p16、Ralb基因启动子区CpG岛甲基化位点信息,并比较这两个基因在小鼠骨髓细胞和原代培养的骨髓细胞中甲基化状态的差异.运用"MethPrimer"软件预测p16、Ralb基因启动子区的CpG岛,设计甲基化特异性引物.利用重亚硫酸盐测序法(BSP)检测甲基化位点信息.结果显示,p16有1个CpG岛,岛上21个CpG位点全部未发生甲基化;Ralb有2个CpG岛,CpG岛1上的5个CpG位点全部呈甲基化状态,而CpG岛2上的17个CpG位点全部呈非甲基化状态,且小鼠骨髓细胞和体外原代培养的骨髓细胞中两基因的甲基化状态一致.表明p16、Ralb基因甲基化状态未受外界培养条件的影响而改变,提示在与两基因甲基化相关的研究中体外试验可替代体内试验.     

机械伤害处理橡胶树萌条树皮的DNA甲基化分析

该研究采用甲基化敏感扩增多态性技术,分析了机械伤害处理橡胶树萌条树皮的DNA甲基化的变化。结果显示：（1）与对照相比,伤害后0.5和2 h,DNA甲基化水平略有上升;伤害后48 h的DNA甲基化水平出现了较大幅度的下降。（2）甲基化变化类型分析表明,在伤害2 h主要发生了DNA的甲基化;伤害后48 h,主要发生了DNA的去甲基化。（3）差异甲基化位点的回收、测序及注释表明,ATP合酶F1亚基1、磷酸核糖胺 甘氨酸类连接酶、冷激结构域蛋白3、光系统II 47 kD 蛋白、E3泛素蛋白连接酶RING1、NADH泛醌氧化还原酶和一些假定蛋白参与了伤害的响应。（4）经重亚硫酸盐测序验证,ATP合酶F1亚基1和NADH泛醌氧化还原酶的CCGG位点发生了去甲基化。研究推断DNA的甲基化可能参与了橡胶树萌条对机械伤害的响应。     

基于微量DNA样本的简化甲基化文库构建方法研究

RRBS(简化甲基化测序)是一种有效研究DNA甲基化状态的测序方案。文库构建是该方案中最关键的实验步骤之一,RRBS文库构建往往因为酶切产物少,文库构建步骤繁多等因素,导致DNA起始量需要1 ug以上。然而很多来源于人的样本,如冰冻组织穿刺、石蜡切片、显微微切割等,都往往只能获得100 ng以下的DNA,无法满足常规RRBS文库构建的起始DNA总量要求,从而大大限制RRBS技术的应用范围。本研究主要探讨并设计了基于微量DNA样本(100 ng)的RRBS文库构建策略,主要通过优化Msp I酶切条件、DNA片段大小筛选、缩减反应步骤及减少DNA转移次数等技术手段,大大提高了DNA回收率,进而建立了2种有效使用微量DNA样品的RRBS文库构建方案(即EA-Method和WB-Method方案)。EA-Method方案在处理100 ng左右的DNA时,有经济、快速、高效的特点,但文库质量略差于WB-Method方案;WB-Method方案可将DNA起始量降低至10 ng,并且文库质量高。为验证WB-Method方法的可靠性,研究人员选取了3种志愿者样本(全血和口拭子),采用WB-Method同时进行常量和微量RRBS文库构建,并进行Illumina Hiseq平台测序,数据通过生物信息分析得到微量RRBS检测的CpG,CHG,CHH中C碱基的甲基化比例与常量RRBS结果一致。同时,该方法可以大大降低DNA损耗及损伤,因而该方法可将RRBS技术应用到更广泛的样本类型中去,有效拓展RRBS的研究领域。     

大花蕙兰子房授粉前后基因组DNA胞嘧啶甲基化状态的MSAP分析

应用甲基化敏感扩增多态性(Metyhfion sensitive amplified polymorphism,MSAP)技术分析了大花蕙兰(Cymbidium hybridium)授粉前后子房DNA甲基化状态的变化(甲基化水平和甲基化差异模式).采用72对引物进行选择性扩增,共得到5892条带,其中748条带为甲基化多态性带.结果显示DNA甲基化在大花蕙兰子房发育过程中发牛频繁,从授粉前后子房的总扩增位点甲基化水平(14%和11.4%)和全甲基化率(9.5%和7.8%)来看,授粉后都略低于未授粉子房,表明子房在授粉后的发育过程中在某些位点发生了去甲基化.除甲基化水平有变化外,大花蕙兰子房授粉前后的DNA甲幕化模式也存在较大差异,共榆测到14种带型,分为两大类(Ⅰ和Ⅱ型).其中,授粉前后DNA甲基化状态保持不变的位点较少,只占25.6%,归为Ⅰ型;大部分榆测位点(占74.4%,归为Ⅱ型)的DNA甲基化模式在授粉前后存在显著差异.上述结果表明,大化蕙兰子房发育过程中以DNA甲基化为代表的表观遗传调控起重要作用.本研究的开展将促进对与大花蕙兰子房发育相关的甲基化差异片段及受DNA甲基化调控的关键基因的克隆,进而为从表观遗传学这一新角度揭示大花蕙兰子房发育的分子机制奠定基础.     

大花蕙兰子房授粉前后基因组DNA 胞嘧啶甲基化状态的MSAP 分析

应用甲基化敏感扩增多态性(Methylation sensitive amplified polymorphism, MSAP) 技术分析了大花蕙兰( Cymbidium hybridium) 授粉前后子房DNA 甲基化状态的变化(甲基化水平和甲基化差异模式) 。采用72 对引物进行选择性扩增, 共得到5892 条带, 其中748 条带为甲基化多态性带。结果显示DNA 甲基化在大花蕙兰子房发育过程中发生频繁, 从授粉前后子房的总扩增位点甲基化水平(14%和11. 4%) 和全甲基化率(9.5%和7.8% ) 来看, 授粉后都略低于未授粉子房, 表明子房在授粉后的发育过程中在某些位点发生了去甲基化。除甲基化水平有变化外, 大花蕙兰子房授粉前后的DNA 甲基化模式也存在较大差异, 共检测到14 种带型, 分为两大类( Ⅰ 和Ⅱ 型)。其中, 授粉前后DNA 甲基化状态保持不变的位点少, 只占25.6% , 归为Ⅰ型; 大部分检测位点( 占74.4% , 归为Ⅱ型) 的DNA 甲基化模式在授粉前后存在显著差异。上述结果表明, 大花蕙兰子房发育过程中以DNA 甲基化为代表的表观遗传调控起重要作用。本研究的开展将促进对与大花蕙兰子房发育相关的甲基化差异片段及受DNA 甲基化调控的关键基因的克隆, 进而为从表观遗传学这一新角度揭示大花蕙兰子房发育的分子机制奠定基础。     

我国科学家利用新一代测序技术构建家蚕丝腺甲基化谱

由中国科学院昆明动物研究所、深圳华大基因研究院、西南大学、上海肿瘤所等合作的研究成果“家蚕基因组甲基化谱”，2010年5月2日在国际著名学术杂志《自然-生物技术》（Nature Biotechnology）上发表，这是中国科学家在家蚕基因组研究领域取得的又一项重要成果。     

NEB全球首推甲基化领域的颠覆性技术革新:一种高效替代重亚硫酸盐转化的酶学转化法!

虽然重亚硫酸盐测序是研究DNA甲基化的金标准,但这种转化方式会对DNA造成损伤,导致DNA断裂、丢失和GC偏嗜。NEBNext酶学转化法甲基化建库试剂盒(EM-seq■)提供了一种酶学方法代替全基因组重亚硫酸盐处理DNA(WGBS)的方法,并结合高效流程化的建库步骤,适用于Nlumina平台测序。     

猪瘟病毒石门株特异cDNA片段的扩增与序列分析

以猪瘟病毒感染细胞中提取的细胞总ＲＮＡ为模板,应用反转录─聚合酶链反应,在化学合成的两对特异引物引导下,成功地扩增出了两个石门株的ｃＤＮＡ片段。电泳证明它们的大小与预计的３４６ｂｐ和１２０ｂｐ完全一致。酶切分析证实了它们应有的酶切位点。随后对这两个片段进行了克隆和序列测定,并与国外株的序列进行了比较。结果证明本实验扩增的两个ｃＤＮＡ序列与Ａｌｆｏｒｔ株和Ｂｒｅｓｉａ株的同源性分别是９５．２％和９８．５％。     

巢式甲基化特异性PCR检测不同类型组织标本中WIF-1基因启动子异常甲基化

目的:采用一种高灵敏度的DNA甲基化分析方法,即巢式甲基化特异性PCR法(nested-MSP,nMSP),检测外科手术切除新鲜组织、石蜡包埋组织及纤维支气管镜活检组织中WIF-1基因启动子的异常甲基化状态。方法:将基因组DNA变性成为单链,用亚硫酸氢盐修饰单链DNA,所有未甲基化的胞嘧啶被转变为尿嘧啶,而甲基化的胞嘧啶则不变。设计针对甲基化和非甲基化等位基因的特异引物,进行巢式PCR扩增,最后经凝胶电泳检测目的片段。结果:在3种类型的原发性非小细胞肺癌标本中都检测出了WIF-1基因启动子的异常甲基化。结论:巢式甲基化特异性PCR是一种灵敏度高、特异性强的甲基化检测方法,可广泛应用于不同类型标本基因启动子甲基化的分析。     

应用亚硫酸氢盐修饰后PCR联合TA克隆测序对E-cadherin启动子区甲基化水平的检测

E-cadherin是一种细胞粘附因子,通过增强细胞之间的粘附而起到抑制肿瘤转移的作用.Ecadherin基因启动子区的高甲基化是导致其在众多肿瘤细胞中表达下调甚至缺失的主要原因之一.本实验首先抽提SGC-7901细胞(胃腺癌细胞)、A549细胞(肺腺癌细胞)、MCF-7细胞(乳腺癌细胞)等3个肿瘤细胞株的全基因组DNA,然后对抽提的DNA进行亚硫酸氢盐修饰和纯化回收,根据修饰后的DNA序列设计引物并对其进行PCR扩增.然后将PCR扩增产物与pUC-T TA载体连接并转化入感受态大肠杆菌DH5α中进行培养,对筛选出的含有阳性重组子的菌落进行测序.测序结果显示,3个肿瘤细胞株的E-cadherin基因启动子区的CpG岛都呈现了高度的甲基化,亚硫酸氢盐的修饰效率达到了99.2%.综上研究表明,亚硫酸氢盐修饰后PCR(BSP)联合TA克隆测序可以对肿瘤细胞某基因启动子区CpG岛的甲基化水平进行精确量化,研究所使用的3个肿瘤细胞株均可作为研究肿瘤细胞E-cadherin基因甲基化的细胞模型.     

HeteroMeth: A Database of Cell-to-cell Heterogeneity in DNA Methylation

DNA methylation is an important epigenetic mark that plays a vital role in gene expression and cell differentiation. The average DNA methylation level among a group of cells has been extensively documented. However, the cell-to-cell heterogeneity in DNA methylation, which reflects the differentiation of epigenetic status among cells, remains less investigated. Here we established a gold standard of the cell-to-cell heterogeneity in DNA methylation based on single-cell bisulfite sequencing (BS-seq) data. With that, we optimized a computational pipeline for estimating the heterogeneity in DNA methylation from bulk BS-seq data. We further built HeteroMeth, a database for searching, browsing, visualizing, and downloading the data for heterogeneity in DNA methylation for a total of 141 samples in humans, mice, Arabidopsis, and rice. Three genes are used as examples to illustrate the power of HeteroMeth in the identification of unique features in DNA methylation. The optimization of the computational strategy and the construction of the database in this study complement the recent experimental attempts on single-cell DNA methylomes and will facilitate the understanding of epigenetic mechanisms underlying cell differentiation and embryonic development. HeteroMeth is publicly available at http://qianlab.genetics.ac.cn/HeteroMeth.     

亚硫酸氢钠测序法检测水稻FIE基因CpG岛甲基化状态

建立了适用于水稻基因组特定基因甲基化检测的亚硫酸氢钠测序法,并利用此方法对FIE2A基因CpG岛部分片段的甲基化差异进行了研究。采用CTAB法提取水稻叶片和胚乳细胞的基因组DNA,经亚硫酸氢钠化学修饰后,针对已修饰的FIE基因序列设计特异引物并结合巢式PCR扩增,TA载体克隆、测序,最后对测序结果进行分析。结果表明巢式PCR能够增加特异性产物的产生,FIE基因CpG岛在对称的CG和CNG位点甲基化水平较高,而在非对称CNN位点甲基化水平最低,此外在叶片中的平均甲基化水平较高。由此表明本研究建立的亚硫酸氢钠测序法适用于水稻基因组特定基因甲基化状态的检测。     

Methylation profiling using degenerated oligonucleotide primer-PCR specific for genome-wide amplification of bisulfite-modified DNA

DNA methylation is one of the essential epigenetic processes that play a role in regulating gene expression. Aberrant methylation of CpG-rich promoter regions has been associated with many forms of human cancers. The current method for determining the methylation status relies mainly on bisulfite treatment of genomic DNA, followed by methylation-specific PCR (MSP). The difficulty in acquiring a methylation profiling often is limited by the amount of genomic DNA that can be recovered from a given sample, whereas complex procedures of bisulfite treatment further compromise the effective template for PCR analysis. To circumvent these obstacles, we developed degenerated oligonucleotide primer (DOP)-PCR to enable amplification of bisulfite-modified genomic DNA at a genome-wide scale. A DOP pair was specially designed as follows: first 3' DOP, CTCGAGCTGHHHHHAACTAC, where H is a mixture of base consisting of 50% A, 25% T, and 25% C; and second 5' DOP, CTCGAGCTGDDDDDGTTTAG, where D is a mixture of base consisting of 50% T, 25% G, and 25% A. Our results showed that bisulfite-modified DNAs from a cell line, cord blood cells, or cells obtained by laser capture microdissection were amplified by up to 1000-fold using this method. Subsequent MSP analysis using these amplified DNAs on nine randomly selected cancer-related genes revealed that the methylation status of these genes remained identical to that derived from the original unamplified template.     

Methylation-dependent fragment separation: direct detection of DNA methylation by capillary electrophoresis of PCR products from bisulfite-converted genomic DNA

Fundamental to understanding the role of cytosine (C) methylation in genomic DNA (gDNA) is the need for robust analysis methods to determine the location and degree of this modification. We report a novel method for methylation detection by denaturing capillary electrophoresis (CE) using standard fragment analysis conditions. Bisulfite treatment of gDNA will selectively deaminate C but not 5-methylcytosine (5mC). Amplicons generated from bisulfite-converted gDNA are analyzed immediately after PCR using a 6-carboxy fluorescein (6-FAM) dye-labeled primer. The amplicons from methylated and unmethylated gDNA separate based solely on base composition due to the presence of multiple C versus thymine (T) differences. By direct detection of PCR amplicons following PCR using primers that anneal independent of methylation status, the overall workflow from gDNA sample input to data analysis is relatively simple. Furthermore, the same PCR product is suitable for additional analyses such as direct sequencing, cloning and sequencing, single-base extension, and post-PCR incorporation of a modified dCTP, the latter of which allows resolution of amplicons with as little as a single C/T difference. We show the utility of this novel CE detection assay by analyzing the hypermethylated region of the fragile-X FMR1 locus.     

Hypermethylation of the Keap1 gene in human lung cancer cell lines and lung cancer tissues

Low expression of the oxidative stress sensor Keap1 is thought to be involved in carcinogenesis. However, the mechanisms responsible for inactivation of the Keap1 gene remain unknown. We investigated Keap1 expression using RT-PCR and found that it was downregulated in lung cancer cell lines and tissues when compared with a normal bronchial epithelial cell line. Treatment with 5-Aza-2′-deoxycytidine restored Keap1 expression in lung cancer cell lines, indicating the silencing mechanism to be promoter methylation. Moreover, we evaluated cytosine methylation in the Keap1 promoter and demonstrated that the P1 region, including 12 CpG sites, was highly methylated in lung cancer cells and tissues, but not in normal cells. Importantly, we found evidence that three specific CpG sites (the 3rd, 6th, and 10th CpGs of P1) might be binding sites for proteins that regulate Keap1 expression. Thus, our results suggest for the first time that Keap1 expression is regulated by an epigenetic mechanism in lung cancer.