一種新的測序方法用于檢測與癌癥相關的DNA修飾

路德維希癌癥研究科學家在當前的Nature Biotechnology雜志上報道了一種新的改進方法，用于檢測DNA的化學修飾。這些修飾或“表觀遺傳”標記有助于控制基因表達及其在基因組中的異常分布。在牛津大學路德維希癌癥研究所助理成員Chunxiao Song和Benjamin Schuster-Boeckler的帶領下，該研究表明他們的方法，稱為TET輔助吡啶硼烷測序，或TAPS，是一種損害較小，效率更高的替代品。亞硫酸氫鹽測序，目前用于繪制DNA 表觀遺傳修飾的金標準。

“我們認為TAPS可以直接取代亞硫酸氫鹽測序作為DNA表觀遺傳測序的新標準，”Song說。“它使DNA表觀遺傳測序更加經濟實惠，并可用于更廣泛的學術研究和臨床應用。”

一類表觀遺傳修飾涉及將化學基團連接到DNA的四個“字母”或堿基之一。這些標記不會改變DNA序列本身，而是影響基因的開啟和關閉。這種類型中最常見的兩種修飾包括向胞嘧啶中加入化學甲基和羥甲基以產生5-甲基胞嘧啶(5mC)和5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)。“5mC和5hmC豐度的異常模式是癌癥的典型特征，”Song說。

幾十年來，生物學家依靠亞硫酸氫鹽來檢測5mC和5hmC的修飾，但這種化學物質具有極大的破壞性，可以降解其接觸的DNA的99%。“你可以想象，如果你處理非常有限的遺傳樣本，例如在血液中循環(huán)的無細胞DNA，亞硫酸氫鹽測序變得非常具有挑戰(zhàn)性，”宋說。

亞硫酸氫鹽測序的另一個限制是它僅間接檢測到5mC和5hmC。該技術將未修飾的胞嘧啶轉化為稱為尿嘧啶的相關堿基，同時使甲基化的胞嘧啶保持完整。“這是非常低效和計算密集的，”宋說。“這就像是通過消除所有不是Waldo的人來尋找Waldo .TAPS允許我們直接找到Waldo。”

新方法包括兩個步驟。第一種使用稱為TET的酶將5mC和5hmC轉化為第三種修飾，即5-羧基胞嘧啶(5caC)。第二步是由Song實驗室的博士后研究員Yibin Liu開發(fā)的一種新的化學反應，將5caC轉化為胸腺嘧啶 - 一種可以通過普通測序儀讀取的DNA堿基。

該過程產生了一種新型數(shù)據，Schuster-Boeckler的實驗室開發(fā)了分析所需的計算方法。“與亞硫酸氫鹽測序相比，處理TAPS數(shù)據的速度不僅快兩倍，而且還保留了原始樣本的更多信息。這使得即使在識別DNA修飾時也更容易檢測突變和結構變異，”Schuster-Boeckler說。

在證明TAPS的核心化學成果起作用后，該團隊花了一年的時間來完善它，將反應效率從大約70%提高到95%以上。研究人員還開發(fā)了TAPS技術的兩種變體-TAPS-Beta和CAPS，它們分別可用于檢測5mC或5hmC。

在使用小鼠DNA的測試中，研究人員表明，TAPS可以生成更精確的測序數(shù)據，其成本是亞硫酸氫鹽測序的一半。“我們可以獲得相同金額的兩倍有用數(shù)據，”宋說。

Song，Schuster-Boeckler及其同事正在改進TAPS，以分析腫瘤流入血液中的無細胞DNA，目的是應用該技術開發(fā)微創(chuàng)癌癥診斷。

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