01.技術(shù)簡述DNA 甲基化是一種表觀遺傳修飾，指DNA 分子在DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下將甲基選擇性地添加到特定堿基上的過程。主要發(fā)生在胞嘧啶的CpG 位點，也可以在非CpG 位點和CpG 島中發(fā)生。DNA 甲基化參與調(diào)控基因表達、X 染色體失活、基因印記、胚胎發(fā)育、細胞分化、腫瘤發(fā)生以及維持基因組穩(wěn)定性。
02.技術(shù)優(yōu)勢
03.典型案例案例1：Nature 項目：DNA 甲基化測序助力人多能干細胞向胚胎全能8細胞的人工誘導期刊：Nature 影響因子：IF 50.5 樣本：人細胞 應(yīng)用技術(shù)：RRBS、Micro-WGBS、scWGBS、scRNA-seq 等 本研究是應(yīng)用人多能干細胞向胚胎8 細胞狀態(tài)人工誘導的科研成果。研究者通過與胚胎發(fā)育8 細胞DNA 甲基化對比，探究e4CL 培養(yǎng)基用于8CLC 細胞轉(zhuǎn)化過程中，原始多能和全能性基因的甲基化變化情況。易基因運用簡化基因組甲基化測序(RRBS)、單細胞和微量細胞基因組DNA 甲基化測序等技術(shù)，完成了研究中不同人工干預及細胞狀態(tài)下的基因組DNA 甲基化的時空動態(tài)變化。
圖：始發(fā)態(tài)PSC、4CL和8CLC微量/單細胞全基因組甲基化測序甲基化水平分析
圖：DPPA3基因敲除后不同細胞甲基化變化[1] ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650650210&idx=1&sn=b89be76cc98112ebb295d4f376f7d540&scene=21#wechat_redirect">原文解讀：Nature | 易基因DNA甲基化測序助力人多能干細胞向胚胎全能8細胞的人工誘導（ 點擊閱讀） 案例2：Cell項目：微量DNA甲基化測序助力中國科學家成功構(gòu)建胚胎干細胞嵌合體猴期刊：Cell 影響因子：IF 45.5 樣本：猴細胞 應(yīng)用技術(shù)：Micro-WGBS、scWGBS、scRNA-seq等 該研究在國際上首次成功構(gòu)建了高比例胚胎干細胞貢獻的出生存活嵌合體猴，并證實了猴胚胎干細胞可以高效地貢獻到胚外胎盤組織和生殖細胞。易基因為研究者提供微量WGBS測序分析，從表觀遺傳學層面證明發(fā)育過程中DNA甲基化的調(diào)控作用。
左圖：在不同條件下以及不同培養(yǎng)期猴ESCs的表觀基因組特征
右圖：在1、3、7和10個傳代的原始條件和4CL原始條件下培養(yǎng)的ESC，在不同基因組區(qū)域，原始多能基因，原始多能性位點以及印記基因啟動子區(qū)域的DNA甲基化水平[2] ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650654983&idx=1&sn=7e9f9613b4eb6a30835a2a8e79a3020c&scene=21#wechat_redirect">原文解讀：易基因微量DNA甲基化測序助力中國科學家成功構(gòu)建胚胎干細胞嵌合體猴，登上《細胞》封面（ 點擊閱讀） 案例3：WGBS項目：PM2.5引起男性生殖障礙的DNA甲基化調(diào)控機制期刊：Environment International 影響因子：IF 10.3 樣本：小鼠 應(yīng)用技術(shù)：WGBS、RNA-seq 本研究建立一個實時PM2.5暴露模型，揭示PM2.5暴露可能導致睪丸功能障礙，包括精子發(fā)生障礙和類固醇激素功能障礙。睪丸5-甲基胞嘧啶（5mC）全基因組水平降低表明DNA甲基化可能與PM2.5暴露誘導的睪丸損傷有關(guān)。全基因組甲基化分析揭示了睪丸DNA的基因組低甲基化，并在CAP組與UA組和FA組中發(fā)現(xiàn)1000多個差異甲基化區(qū)域（DMR），表明PM2.5暴露（即使低劑量）可以調(diào)控睪丸甲基化。甲基化和轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合分析鑒定出一些關(guān)鍵甲基化基因和網(wǎng)絡(luò)，這些基因和網(wǎng)絡(luò)可能參與精子發(fā)生和類固醇激素合成。
圖：WGBS揭示PM2.5暴露誘導睪丸全基因組低甲基化
圖：WGBS和RNA-seq關(guān)聯(lián)分析[3] ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650651946&idx=1&sn=d932c1d1f57503d07794290e1a8565ac&scene=21#wechat_redirect">原文解讀：項目文章｜WGBS+RNA-seq揭示PM2.5引起男性生殖障礙的DNA甲基化調(diào)控機制（ 點擊閱讀） 案例4：PNAS項目：DNA甲基化保護早期胚胎線粒體基因組穩(wěn)定性期刊：P NATL ACAD SCI USA（PNAS） 影響因子：IF 9.4 樣本：胚胎 應(yīng)用技術(shù)：MeDIP-seq、WGBS 本研究團隊發(fā)現(xiàn)線粒體基因組經(jīng)歷了mtDNA從頭甲基化，可以保護mtDNA免受著床前窗口期間氧化增強的損傷。線粒體基因組在在由囊胚向附植后胚胎發(fā)育的過程中，發(fā)生廣泛的mtDNA甲基化，從而在囊胚的低甲基化狀態(tài)中建立相對高甲基化的mtDNA。揭示了關(guān)鍵圍發(fā)育期mtDNA甲基化動態(tài)及其潛在機制，并揭示了線粒體表觀遺傳重塑與代謝變化之間的功能相關(guān)性，證明了核基因組-線粒體在建立線粒體表觀遺傳學和維持線粒體穩(wěn)態(tài)中的作用。
圖：E3.5、E7.5 和 E10.5 胚胎中小鼠線粒體基因組中檢測到的線性化 mtDNA甲基化
圖：先前發(fā)表的人和小鼠早期胚胎的線粒體DNA甲基化水平的WGBS分析 [4] ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650659529&idx=1&sn=de2ad6ba1c03b764cc6626f76fc476ba&scene=21#wechat_redirect">原文解讀：項目文章｜PNAS：中國農(nóng)大田見暉教授團隊揭示DNA甲基化保護早期胚胎線粒體基因組穩(wěn)定性（ 點擊閱讀） 案例5：oxRRBS項目：復發(fā)性膀胱癌的DNA甲基化和羥甲基化變化圖譜和PD-L1表達標記物預測期刊：Biomarker Research 影響因子：IF 9.5 樣本：人膀胱癌組織 應(yīng)用技術(shù)：WES、RRBS、oxRRBS、RNA-seq 該研究通過全外顯子組測序（WES）、簡化基因組甲基化測序（RRBS）+氧化簡化基因組甲基化測序（oxRRBS）及對應(yīng)的轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）等多組學方法揭示了原發(fā)性和復發(fā)性膀胱癌的基因組、轉(zhuǎn)錄組、DNA甲基化組和羥甲基化組圖譜，并鑒定出用于預測PD-L1表達的生物標志物。結(jié)果表明表觀遺傳變化比基因突變更早和更多參與UBC復發(fā)和PD-L1調(diào)控，證明了使用DNA甲基化標記物預測膀胱癌患者免疫治療反應(yīng)的潛力。
圖：單堿基分辨率對膀胱癌樣品進行5mC和5hmC分析
圖：PD-L1高表達膀胱癌癥的甲基化變化[5] ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650654991&idx=1&sn=bed44df2be48b5655bb21d0158d68a43&scene=21#wechat_redirect">原文解讀：項目文章：oxBS揭示復發(fā)性膀胱癌的DNA甲基化和羥甲基化變化并鑒定預測PD-L1表達標記物（ 點擊閱讀） 案例6：oxWGBS項目：宮頸癌發(fā)生過程中的表觀遺傳特征變化期刊：Clinical & Translational Medicine 影響因子：IF 7.9 樣本：人 組織 應(yīng)用技術(shù)：WGBS、oxWGBS、RNA-seq 本研究選擇從健康宮頸到CIN到宮頸癌（CC）的一系列樣本，進行全基因組亞硫酸鹽測序 (WGBS-seq)、oxWGBS-seq、RNA-seq 和組蛋白修飾數(shù)據(jù)進行綜合分析，以確定CC特異性的潛在表觀遺傳生物標記物。
圖：oxBS揭示宮頸癌發(fā)生過程中的DNA甲基化和羥甲基化水平變化[6] ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650648482&idx=1&sn=c6baf8bfe2b133b39f44afb721aa59c3&scene=21#wechat_redirect">原文解讀：項目文章 | oxBS-seq揭示了宮頸癌發(fā)生過程中的表觀遺傳特征變化（ 點擊閱讀） 案例7：hMeDIP-seq項目：鐵離子依賴表觀調(diào)控促進狼瘡致病性T細胞分化期刊：Journal of Clinical Investigation 影響因子：IF 13.3 樣本：人 組織 應(yīng)用技術(shù)：RNA-seq、MeDIP-seq、hMeMIP-seq、hMeMIP-qPCR 本研究首次揭示鐵離子過載通過調(diào)節(jié)DNA去甲基化促進以濾泡輔助性T細胞為代表的致病性T細胞異常分化，從而加重自身免疫抗體產(chǎn)生及系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）發(fā)病，提示T細胞內(nèi)鐵離子可能是治療SLE的新靶點。
圖：BCL6基因的5mC MeDIP-seq和5hmC hMeDIPseq的代表性IGV分析[7] ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650650608&idx=1&sn=a58816fb9bd74c0c2a2ad9d8c5f92a44&scene=21#wechat_redirect">原文解讀：項目文章｜DNA(羥)甲基化研究揭示鐵離子依賴表觀調(diào)控促進狼瘡致病性T細胞分化（ 點擊閱讀） 案例8：ACE-seq案例：無需亞硫酸鹽轉(zhuǎn)化精準區(qū)分甲基化和羥甲基化標記期刊：Nature Biotechnology 影響因子：IF 33.1 樣本：組織、血漿 應(yīng)用技術(shù)：ACE-seq 此研究建立一種利用DNA脫氨酶（APOBEC3A）實現(xiàn)的非破壞性的、低起始DNA量的鑒定5hmC技術(shù)（ACE-seq）。與傳統(tǒng)亞硫酸鹽測序（BS-Seq）不同，ACE-seq不依賴于亞硫酸鹽處理，而是通過酶促脫氨反應(yīng)來區(qū)分未修飾的胞嘧啶（C）和5-甲基胞嘧啶（5mC），同時保護5hmC不被轉(zhuǎn)化為尿嘧啶。這種方法允許對cfDNA中的5hmC進行精確的定位和定量分析。
圖：ACE-seq 測序的高準確性[8] 04.易基因項目經(jīng)驗
05.參考文獻① Mazid, M.A., Ward, C., Luo, Z. et al. Rolling back of human pluripotent stem cells to an 8-cell embryo-like stage. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04625-0 ② Cao, Jing, Wenjuan Li, Jie Li, Md. Abdul Mazid, Chunyang Li, Yu Jiang, Wenqi Jia, et al. 'Live Birth of Chimeric Monkey with High Contribution from Embryonic Stem Cells'. Cell 186, no. 23 (November 2023): 4996-5014.e24. https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.10.005. ③ Zhang Z, et al. Genome-wide alternation and effect of DNA methylation in the impairments of steroidogenesis and spermatogenesis after PM2.5 exposure. Environ Int. 2022 Sep 24;169:107544. ④ Yue Y, et al. Mitochondrial genome undergoes de novo DNA methylation that protects mtDNA against oxidative damage during the peri-implantation window. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Jul 26;119(30):e2201168119. doi: 10.1073/pnas.2201168119. PubMed PMID: 35858425. ⑤ Shi ZD, et al. Integrative multi-omics analysis depicts the methylome and hydroxymethylome in recurrent bladder cancers and identifies biomarkers for predicting PD-L1 expression. Biomark Res. 2023 May 3;11(1):47. ⑥Han Y, et al. An epigenomic landscape of cervical intraepithelial neoplasia and cervical cancer using single-base resolution methylome and hydroxymethylome. Clin Transl Med. 2021 Jul;11(7):e498. doi: 10.1002/ctm2.498. PubMed PMID: 34323415. ⑦Gao X,et al. Iron-dependent epigenetic modulation promotes pathogenic T cell differentiation in lupus. J Clin Invest. 2022 May 2;132(9) pii: 152345. doi: 10.1172/JCI152345. PubMed PMID: 35499082. ⑧ Schutsky EK, et al.Nondestructive, base-resolution sequencing of 5-hydroxymethylcytosine using a DNA deaminase. Nat Biotechnol. 2018 Oct 8. pii: nbt.4204. doi: 10.1038/nbt.4204. PubMed PMID: 30295673. 相關(guān)閱讀： 項目文章 | WGBS+RNA-seq揭示松材線蟲JIII階段形成過程中的DNA甲基化差異 Cell｜易基因微量DNA甲基化測序助力中國科學家成功構(gòu)建胚胎干細胞嵌合體猴，登上《細胞》封面 |
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