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深度解读 | 姜文《让子弹飞》

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甲基化的是是非非

2017-07-10 夏梦馨 ActionFree ActionFree

表观遗传是DNA序列不变的情况下,对DNA的核苷酸进行的修饰,区别于突变直接改变DNA的序列,表观遗传主要是改变DNA的修饰,进而改变染色质的空间构象或者改变与特定DNA序列结合的蛋白的结合。


DNA甲基化是研究最多的一种表观遗传学修饰。最初的发现的DNA甲基化是在DNA甲基化转移酶(Dnmt)的作用下将甲基选择性地添加到胞嘧啶上形成5-甲基胞嘧啶(5-mC)的过程。后来也发现了少量的N6-甲基嘌呤(N6-mA)及7-甲基鸟嘌呤(7-mG),另外组蛋白上也可发生甲基化。但今天我们要讨论的是大家常说的在CpG上的5mC.

作用


DNA的甲基化可通过改变转录因子的结合而影响基因表达,在生物的生长和发育以及细胞分化过程中起着非常重要的作用。就如我们身体的所有的细胞基本上都共享一套基因组,却长得各不相同,有研究认为DNA甲基化在其中发挥了重要作用。此外,DNA甲基化会受到环境的调控,吸烟,药物,环境污染或者饮食都可能会影响特定细胞或组织的甲基化状态,而这种改变还有可能遗传给后代,所以DNA甲基化可以作为环境和遗传之间沟通的桥梁。

与疾病的关系


许多疾病也跟DNA甲基化的改变有关,全基因组甲基化相关分析的研究找到了一些与许多复杂疾病(如精神分裂症)以及癌症等相关的甲基化位点的改变,因此研究DNA甲基化是当前的研究热点。

注意事项


不同于研究DNA序列的改变及遗传突变,由于DNA甲基化的多变性,在DNA甲基化的研究和数据分析中,有一些问题需要格外注意。以DNA甲基化芯片的分析为例,可能影响甲基化的因素及注意事项:

1

批次效应

不同的时间或者不同实验室或者不同的芯片之间会产生很强的批次效应,因此,在设计实验室,需要将样本随机分配,避免一张芯片是实验组,一张芯片是对照组,或者实验组和对照组刚好在不同的时间/实验室进行的问题,同时在分析数据时,需要进行批次效应的校正。

2

位置效应

同一张芯片不同位置上也会产生位置效应,提前公布于bioX上的一篇最新的研究指出,在芯片上从1-12的位置上,部分位点会产生随位置的增加而升高的甲基化状态,若涉及实验室,将要比较的两组,刚好一组放在前面的位置,一组放在后面的位置,那么得到的差异的结果,除本身的组间差别外 还可能是由于所在位置影响,因此在进行实验室,请将样本随机的放在一张芯片的不同的位置上,避免位置效应对最终结果的影响。

【详见:http://biorxiv.org/content/early/2017/06/22/153858】

3

 细胞比例

目前做的较多的是利用组织来进行甲基化分析,以外周血为例,不同的人可能外周血中细胞的比例会有不同,而不同的细胞中甲基化的水平也有差别,所以在设计实验的时,需要考虑细胞比例可能产生的影响,可通过进行细胞计数或者得到数据后利用分析软件进行校正。

4

协变量

此外如前面提到的,需要环境因素可能会影响到甲基化水平,如吸烟,饮酒,性别,年龄,受教育程度,甚至采样的时间等,所以在设计实验室需要详细记录受试者的各项流行病学信息,并尽量避免需要进行比较的两组之间的偏差。

推荐ChAMP

ChAMP是一个很好的分析甲基化芯片数据的包,可以处理进行探针和样本过滤,校正批次效应,计算细胞比例,在质控方面还嵌入了SVA的分析,SVD分析。在预处理后可进行差异甲基化位点和差异甲基化区域分析,对得到的基因还可进行可视化,已经GSEA功能富集。给做甲基化的研究提供了很大的便利。

作者:夏梦馨

封面图片:吴晓欣(微信号:wxx396066142),摄于澳大利亚~拜伦湾

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