测序周报·关注表观遗传学热门技术

“基因决定一切”的年代已经过去，表观遗传学的迷雾逐渐被科学家们缓缓拨开，它就是一种跳出DNA序列框架外的调控方式，使得同一基因可产生不同的表型。

近日，国际人类表观基因组联盟（IHEC）在Cell等期刊上发表了40多篇论文（http://www.cell.com/consortium/IHEC），内容涉及表观遗传学在发育和免疫以及诸如自闭症和癌症等疾病中的作用等。

Cell杂志还总结了当下表观遗传研究检测最流行的技术。

表观遗传检测技术

1.亚硫酸氢钠测序法（bisulfitesequencing）

通常，DNA甲基化是指5-甲基胞嘧啶（5mC），即在DNA甲基转移酶（DNMT）作用下将甲基集团添加到胞嘧啶的5’C位置上。为了高效准确的分析基因组中所有的甲基化位点，可采用全基因组甲基化（Whole Genome Bisulfite Sequence，WGBS）。

WGBS是通过重亚硫酸氢盐使DNA中未发生甲基化的胞嘧啶（C）脱氨基转变为尿嘧啶（U），而甲基化的胞嘧啶保持不变，再经PCR将U转变为T，结合NGS便可高效准确地分析基因组中所有甲基化位点。

然而此法不易区分DNA甲基化和DNA羟甲基化（5hmC）。那么为了鉴定出5hmC，可将与5hmC特异性结合的抗体加入到变性的基因组DNA中，并富集胞嘧啶羟甲基化的基因组片段，而后对富集的片段进行高通量测序即可。

测序法能够检测的范围可覆盖全基因组，所需测序测序数据量较少，可广泛用于大样本量的疾病研究和分子育种研究。但是该法不能在单碱基分辨率水平上检测DNA胞嘧啶甲基化状态。

2.染色质免疫沉淀测序技术（chromatin immunoprecipiation sequencing）

组蛋白的翻译后修饰（PTM）（即甲基化、乙酰化、泛素化等）大多发生在赖氨酸位点，且能直接改变染色质结构/动态变化，或通过招募组蛋白修饰蛋白和（或）核小体改构复合体来影响染色体的基因表达情况。因而，目前研究PTM-组蛋白与DNA之间的关系已经成表观遗传学领域中的研究热点。

而ChIP-seq方法是最直接识别某种组蛋白修饰位点的方法，它可通过抗PTM抗体有针对性的俘获和富集被修饰的组蛋白，进而获取与这些蛋白结合的DNA片段，将其纯化后可用于高通量测序，获取特定DNA与组蛋白之间的相互作用和结合位点的完整信息。

值得注意的是，在进行ChIP-seq实验前，需要仔细评估抗PTM抗体的质量和特异性以及考虑以下问题：其他组蛋白修饰位点的交叉反应、对未修饰蛋白的识别及与核中其它物质的交叉反应等。

3.开放染色质测定（determination of open chromatin）

染色质在细胞分裂过程中往往会凝结成染色体。而每种类型的细胞都有一个特有的染色质结构，包括封闭的染色质（紧紧缠绕在核小体周围并且相对不活跃）和开放的染色质（宽松的DNA片段，可与相应的调控元件相互作用）。

美国Jackson实验室的研究小组研发了一种关于开放染色质的全基因组分析法，可用于识别引起特定类型白血病的细胞。结果发现大量肿瘤细胞中的染色质呈开放状态，且又因染色质结构有着细胞特异性，因而该方法也可用来识别癌细胞的起源。

这项研究利用最新的基因组测序技术，迅速地将研究结果与人类基因组数据进行整合和比较，揭示了最具有转化相关性的潜在生物学机制。

4.3D染色质捕获分析（3D chromatin capture）

最新研究表明，远程基因组元件，如增强子和启动子，能通过染色质的相互作用而被带入其他区域，调控临近位置的基因转录，打破了传统对于基因调控的理解，同时也只指出了三维染色质结构的重要性。

随着染色质构象捕获（chromatin conformation capture，3C）及更高通量的衍生技术的出现，研究人员对阐明染色质的复杂结构有了进一步的了解。该技术主要经过染色质甲醛交联染色体邻近区域、酶切交联DNA片断对、反向连接、扩增测序等步骤来分析染色质在核内的空间构象。

也许将来Hi-3C技术会有进一步的发展，可使该技术分辨率更高，能够提供更为精细的染色质互作的组图谱，使得人们更加深入的了解基因调控和人类疾病。

DNA甲基化数据分析工具

另外给大家分享三类DNA甲基化数据分析常用工具。

第一类：基于引物设计功能的软件

主要是针对重亚硫酸盐序列进行甲基化特异性PCR（methylation-specific PCR, MS-PCR or MSP）和重亚硫酸盐测序（bisulfite sequencing, BS）引物的设计。

#1：MethPrimer（甲基化PCR引物设计经典软件）

网址：http://www.urogene.org/methprimer

（回复Methprimer，可查看甲基化PCR的操作步骤）链接文章名称：触手可得的甲基化

#2：BiSearch（注册后可使用）

网址：http://bisearch.enzim.hu/

#3：BioToolKit300 -Primo MSP 3.4（60天试用期）

网址：http://www.changbioscience.com/

#4：软件CpG Ware（需付费使用）

网址：https://apps.serologicals.com/cpgware/

第二类：CpG岛序列分析软件

此类软件根据一定的规则对基因组DNA序列的CpG岛进行准确预测（这是MSP和BS引物设计的基础）。

#1：CpGPlot/CpGReport/Isochore

网址：http://www.ebi.ac.uk/emboss/cpgplot/

#2：CpGProD

网址：http://pbil.univ-lyon1.fr/software/cpgprod_query.html

#3：CpG Island Searcher

网址：http://www.cpgislands.com/；http://cpgislands.usc.edu/

第三类：CpG位点甲基化状态作图软件

此类软件以重亚硫酸盐测序结果为基础，以线图或点图形式表现每个CpG位点的甲基状态（或发生频率），从而为不同疾病状态的的DNA甲基化特异性图谱提供直接实验依据。

#1：MethTools（免费软件）

网址：http://genome.imb-jena.de/methtools/

该软件可将CpG位点的甲基化状态分别以实心点和空白点的形式表示全甲基化和半甲基化状态。缺点：仅适用于Linux、Unix或苹果机操作系统。

#2：BiQ Analyzer

网址：http://biq-analyzer.bioinf.mpi-sb.mpg.de/

该款基于Java语言的软件可对CpG位点的甲基化状态进行简单的线型绘图，可于包括Windows、Linux、Unix等多种操作平台上运行。

摘自“测序中国“