850K甲基化芯片

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经典案例

(一)单卵双胞胎的DNA甲基化特征与多发性硬化症临床不一致

DNA methylation signatures of monozygotic twins clinically discordant for multiple sclerosis

期刊: Nature Communications
影响因子:12.353
发表单位:萨尔布吕肯大学、慕尼黑大学
发表时间: 2019年

研究背景

多发性硬化症(Multiple Sclerosis,MS)在年轻人中是一种主要的神经性系统疾病,也是一种自身免疫疾病;该疾病在单卵双生儿中发病率较低,这有力地证明了表观遗传因素的参与 作用。DNA 甲基化的改变可以引起转录的改变,在人类的许多疾病中已经观察到异常的 DNA 甲基化,并且一些环境因素(吸烟、维生素 D 缺乏等)可能与 MS 相关。为了进一步揭露 MS 致病机理,作者选择了45对 MS 临床表现不一致的单卵双胞胎进行甲基化相关的研究。

方法流程

三、研究结果

1.TMEM232 和 基因上ZBTB16与 MS 相关 DMPs 的发现和确定

作者通过45对双胞胎的 Infinium Methylation EPIC BeadChip 检测分析,确定了7个 MS相关的差异甲基化位点(DMPs),其中两个位点得到验证(cg27037608、cg25345365),分 别位于 TMEM232 启动子和ZBTB16 增强子区。

图1 组间平均 beta 值差异火山图

2. WGBS 结果揭示了FIRRE 基因上的 MS-DMR

作者通过对4对女性双胞胎 CD+ T 细胞进行 WGBS 检测,在 FIRRE 基因的内含子CTCF/YY1 结合调控区发现了 MS-DMR,而该 MS-DMR 并未在 EIPC 中覆盖。

图2 WGBS 鉴定的4对女性 MS 不一致单卵双胞胎 FIRRE 基因中的 MS-DMR

3.GC(糖皮质激素)处理引起 ZBTB16增强子区 DMP 的低甲基化

作者通过 EPIC 数据分析得出,GC 治疗3~12个月的14对双胞胎 ZBTB16 的 DMP 甲基化程度要明显高于 GC 治疗12个月以上的双胞胎,进而表明 ZBTB16 基因 DMP 是GC治疗时间的一个 标志物。

图3 GC治疗时间与 ZBTB16 的DMP箱线图

研究结论

本研究确定了新的候选表观遗传标记(cg27037608、cg25345365),并强调治疗效果和遗传背景是主要的混杂因素,为表观 MS 研究提供了重要参考。

(二)甲基化分析鉴定了两个不同来源细胞相关的鳞状细胞癌亚型

Methylation profiling identifies two subclasses of squamous cell carcinoma related to distinct cells of origin

期刊: Nature Communications
影响因子:12.353
发表单位:德国癌症研究中心,海德堡大学病理学研究所
发表时间: 2018年

研究背景

鳞状细胞癌(squamous cell carcinoma,cSCC)是发生于表皮或附属器细胞的一种恶性肿瘤,是比较常见的皮肤癌之一,通常由紫外线诱导的癌前病变恶化产生,而这种病变称为光 化性角化病(actinickeratosis,AK)。目前 cSCC 相关的表观遗传变化主要由 CpG 岛启动子高甲基化沉默的,数量适中的癌症相关基因组成,而对 AK 的病因及其发展到 cSCC 的过程 只是部分了解,并没有详细阐明。

研究方法

三、研究结果

1. AK 与 cSCC 表现出类似的异常甲基化模式

850K 甲基化芯片检测12例正常表皮样本、16例 AK 表皮样本、18例 cSCC 表皮样本,主成分分析和散点图显示 AK 和 cSCC 之间存在高度重叠,且都与正常表皮之间存在显著差异甲基 化,但两者没有检测到显著差异的甲基化。

图4 AK 和 cSCC 表现出类似的异常甲基化模式

2. AK 和 cSCC 表现出典型的干细胞甲基化特征

通过对 non-CpG 甲基化水平分析,发现 AK 和 cSCC 样品中 DNA 甲基转移酶的表达显著增加,表现出典型的干细胞甲基化特征;通过对一组独立样本(11例健康皮肤、11例 AK 和11例 cSCC )的免疫组化分析,证实了 AK 和 cSCC 的干细胞特征。

图5 AK 和 cSCC 表现出典型的干细胞甲基化特征

3. AK/cSCC 存在的两种亚型

角蛋白基因簇的差异甲基化分析显示,在 AK 和 cSCC 样品中存在两种不同的角蛋白甲基化模式;增强子甲基化谱的无监督层次聚类与全外显子测序(10例 AK 和 cSCC)显示, AK/cSCC 亚类分别与未分化的表皮干细胞和分化程度更高的角质形成细胞有关,而且两个亚群的 DNA 甲基化模式之间没有相关性。结果表明 AK 和 cSCC 的两种亚型分别源自不同的角 化细胞分化阶段,并且独立于突变谱。

图6 增强子甲基化的层次聚类

研究结论

该研究结果有力地说明了 AK/cSCC 亚群的细胞来源有两种不同的类型,而且支持 AK 和 cSCC 来自表皮干细胞的两个(或多个)分化阶段的模型,这些细胞类型的详细表征及其临床意义 的分析将是未来研究的重要方面。

参考文献

[1] Souren NY, Gerdes L A, Lutsik P, et al. DNA methylation signatures of monozygotic twins clinically discordant for multiple sclerosis[J]. Nature Communications, 2019(10):1-12.
(原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-09984-3)
[2] Rodriguez-Paredes M, Bormann F, Raddatz G, et al. Methylation profiling identifies two subclasses of squamous cell carcinoma related to distinct cells of origin [J]. Nature Communications, 2018, 9(1).
(原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-03025-1)