北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种阵列,用于评估人类基因组中印迹控制区 (ICR) 基因的甲基化水平。该阵列是一种经济高效的方法,可用于探索疾病和行为障碍早期发育起源过程中环境暴露与表观遗传失调之间的潜在联系。
ICR 调节印迹基因的表达,印迹基因是指只有一个亲本基因处于活性状态,而另一个基因在发育早期处于沉默状态的基因。印迹基因对于研究环境影响与疾病之间关系的流行病学家、遗传学家和毒理学家来说尤其有趣,因为控制印迹基因表达的甲基化标记易受环境影响。
这些 DNA 甲基化修饰在患病个体的一生中可以保持稳定,甚至可能遗传给他们的孩子。这在表观遗传学中尤为重要,表观遗传学研究在没有 DNA 序列变化的情况下基因表达的可遗传变化。
甲基化——基因是“关闭”还是“开启”——是研究表观遗传效应时最容易观察的事情。它是弄清环境和基因表达之间关系的起点。
北卡罗来纳州立大学生物科学教授、本文共同通讯作者 Cathrine Hoyo
虽然确实存在用于研究基因表达的甲基化阵列,但最常用的阵列不包括针对 ICR 的特异性探针。相反,对印迹基因调控感兴趣的科学家必须对受试者的整个基因组进行测序,这在大规模人口研究中既昂贵又耗时,也不切实际。
新阵列包含 22,000 个荧光探针,这些探针针对人类基因组中已知的 1,488 个 ICR 中的 1,000 个。这些探针是短 DNA 序列,针对这些 ICR 内的特定甲基化位点,交替探针与甲基化和未甲基化的位点结合。每个目标位点的交替探针具有不同的荧光信号,因此可以测量每个探针结合的相对量,并根据特定探针的比例确定每个位点的甲基化水平。
为了验证这一概念,研究团队使用了一组阿尔茨海默病患者的 DNA,将阵列数据中的 ICR 甲基化数据与全基因组测序获得的甲基化结果进行比较,发现两种方法之间存在显著相关性。最值得注意的是,对于临床应用而言,结果在一周后即可完成,而解读全基因组可能需要数月时间。
“在大型研究中,我们必须筛选参与者,”Hoyo 说。“如果一项研究有 1,000 人,那么及时且经济高效地完成那么多完整的基因组序列是不可能的。考虑到我们只对数百万个基因组中的 22,000 个位点感兴趣,这尤其浪费。”
“该阵列为我们进行筛选——它只查看感兴趣的位点,并允许我们在必要时集中时间和精力进行全面测序。本质上,它筛选出好基因,这样我们就可以只关注可能与疾病有关的 ICR。”