宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院的研究人员发明了一种新方法来绘制称为5-甲基胞嘧啶(5mC)的特定DNA标记，它调节基因表达并在健康和疾病中发挥关键作用。这项创新技术允许科学家使用非常小的样本来分析DNA而不会损坏样本，这意味着它有可能用于液体活检(检测血液中的癌症标记物)和早期癌症检测。

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此外，与目前的方法不同，它还可以清楚地识别5mC，而不会与其他常见标记混淆。这种名为直接甲基化测序(DM-Seq)的新方法在今天的NatureChemicalBiology文章中有详细介绍。

除了DNA的主要碱基(腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶)之外，DNA修饰中还有一层信息可以控制任何给定细胞类型中哪些基因“开启”或“关闭”。5mC被认为是这些修饰中最重要的一种，因为它是所有哺乳动物中最常见的DNA修饰类型，并且以沉默某些基因而闻名。

“5mC可以作为细胞身份的指纹，因此对于科学家来说，拥有分离5mC和仅分离5mC的能力非常重要，”宾夕法尼亚大学医学院生物化学和生物物理学副教授RahulKohli博士说。该研究的资深作者。“DM-Seq使用两种酶来定位5mC，并且可以应用于稀疏DNA样本，这意味着它可以用于例如血液测试，寻找从肿瘤或其他疾病组织释放到血液中的DNA。”该研究由医学博士/博士TongWang领导。Kohli实验室的学生。

5mC等DNA修饰可作为表观遗传(可逆的、环境引起的)调节剂，改变DNA的读取方式。5mC涉及在胞嘧啶的特定位点附着一小群称为甲基的原子，胞嘧啶也称为四字母DNA字母表中的字母“C”。这种修饰的存在可以通过直接和间接机制阻碍附近DNA的表达。

被5mC失活的DNA包括蛋白质编码基因，其活性在特定生命阶段的特定细胞类型中可能不合适，以及DNA中应始终被抑制的病毒样元素。不出所料，5mC的异常缺失或过量会导致基因表达异常，从而引发癌症等疾病。5mC的某些异常模式被认为是某些癌症的特征——这强调了拥有准确和特定的5mC映射方法的重要性。

绘制5mC的方法使用以不同方式与5mC和正常未修饰胞嘧啶反应的化学物质或酶，从而可以区分两者。但传统方法亚硫酸氢盐测序(BS-Seq)对DNA具有显着破坏性，并且无法区分5mC和另一种称为5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)的重要甲基化类型。最近开发的方法也有缺点，包括需要相对大量的DNA。

DM-Seq利用两种可以修饰DNA的酶，一种设计者DNA甲基转移酶和一种DNA脱氨酶，它们一起可以直接和特异性地检测5mC。它也足够灵敏，可以用纳克量的DNA来完成，这使得它适用于液体活检应用。

研究人员对胶质母细胞瘤型脑肿瘤样本进行了DM-Seq，证明与传统的BS-Seq相比，DM-Seq能够更好地区分基因组关键位点的5mC和5hmC，这些位点的甲基化水平可用于预测患者结果。

研究人员还将DM-Seq与另一种名为TAPS的新兴5mC测序技术进行了比较，该技术正在探索其在癌症诊断中的潜在应用，表明后者具有先前未发现的缺点，即降低其5mC检测灵敏度。

“这些发现强调了直接从DM-Seq检测5mC而不是传统测序方法的方法，可以推动在癌症治疗中使用表观遗传测序进行预后目的的努力，”Kohli说。