DNA甲基化是指在DNA甲基轉移酶（DNA methyltransferase, 縮寫DNMT）的作用下，在 DNA 鏈中的一個堿基上添加一個甲基基團，是一種關鍵的表觀遺傳修飾。在哺乳動物中，DNA 甲基化主要發生在胞嘧啶堿基的第五個碳原子上，形成 5-甲基胞嘧啶或 5-甲基胞嘧啶核苷 (5-mC)。DNA 甲基化幾乎只存在于 CpG 二核苷酸上，是一個關鍵的表觀遺傳標記和基因表達調控因子。DNA 甲基化過程在一些生物學現象中起重要作用，例如在高等真核(he)生(sheng)物中，DNA 甲(jia)基化參與調(diao)控染色體(ti)穩(wen)定性、印(yin)記(ji)、X 染色體(ti)失活和(he)癌變等多(duo)個細胞(bao)過程(cheng)，是生物體(ti)重(zhong)要的表觀調(diao)控機(ji)制之一。
全基因組DNA甲基化測序（Whole-genome bisulfite sequencing，WGBS），其原理是用(yong)重亞硫酸鹽(Bisulfite) 處理DNA序列，首先將基因組中未發生甲基化的 C 堿基轉換成 U，從(cong)而與(yu)原本具有甲(jia)基(ji)化修飾的堿基(ji)C區分開來，然后進行(xing)PCR擴增，結合高通量測序技術，可(ke)獲得全基因組(zu)范圍(wei)內單(dan)堿(jian)基分辨(bian)率(lv)的所(suo)有DNA甲基化情(qing)況，信(xin)息最為豐富(fu)、全面，繪制全基因組(zu)范圍(wei)內繪制單(dan)堿(jian)基分辨(bian)率(lv)的DNA 甲基化圖譜。
應用方向
干細胞分化：干(gan)細胞(bao)，無論是(shi)誘導多能干(gan)細胞(bao)還是(shi)胚胎干(gan)細胞(bao)，都(dou)具有非常相似(si)的DNA甲基(ji)化修飾特(te)征，干細胞(bao)在(zai)(zai)分化過(guo)程中可能存在(zai)(zai)表觀基(ji)因組轉化，而(er)不是遺傳轉化。
發育生物學：在原生(sheng)殖(zhi)細胞(bao)和(he)胚(pei)胎(tai)發(fa)育的(de)(de)(de)整個過程中，DNA甲基化模式(shi)會(hui)發(fa)生(sheng)全(quan)基因組范(fan)圍內的(de)(de)(de)重排(pai)。DNA甲基化模式(shi)改變(bian)(bian)能引(yin)包括染色體(ti)狀態(tai)改變(bian)(bian)在內的(de)(de)(de)一(yi)系列變(bian)(bian)化，進而決(jue)定細胞(bao)分化的(de)(de)(de)方向。維持正常(chang)的(de)(de)(de)DNA甲基化模式(shi)和(he)甲基化水(shui)平,是胚(pei)胎(tai)正常(chang)發(fa)育以及組織特異性分化所必需的(de)(de)(de)。
疾病診斷： WGBS用(yong)于檢測相(xiang)關基因的(de)(de)異(yi)常甲(jia)基化 比如腫瘤(liu)細胞中，抑(yi)癌基因啟動子區CpG島被高(gao)度甲(jia)基化，抑(yi)制了抑(yi)癌基因的(de)(de)表達，從而導(dao)致腫瘤(liu)發生，如急性(xing)早幼粒細胞白血(xue)病、胃癌等。
技術優勢
1. 測精度高(gao)，單堿(jian)(jian)基分辨(bian)率，精確分析每一個C堿(jian)(jian)基的甲基化狀態(tai)
2. 檢測范圍廣，實現全(quan)基因組水平上甲基化研究
3. 先進的測序平臺，采用DNBSEQ-T7測序平臺，結(jie)果(guo)更可(ke)靠(kao)
4. 一(yi)站式服務(wu)，提供樣品處(chu)理、建(jian)庫、測序和(he)分(fen)析的全套服務(wu)，更可以提供多組(zu)學(xue)聯合分(fen)析
技術流程
圖1 WGBS實驗流程
送樣建議
樣本(ben)來源(yuan)：人、大鼠和(he)小鼠（其(qi)他樣本(ben)類型請咨詢）
新鮮或凍存(cun)組織樣本1 -2g
新(xin)鮮(xian)或凍存(cun)細胞系樣本≥10^7個cell
DNA總(zong)量≥6μg，濃(nong)度≥50ng/μL
結果展示
圖(tu)2 甲基化C 位點比例分布圖(tu)
(不(bu)同顏(yan)色代表(biao)不(bu)同context 下(xia)甲基化(hua)C 位點，各部分(fen)面積(ji)的(de)大小代表(biao)相應(ying)context 下(xia)甲基化(hua)C 位點的(de)比(bi)例)
圖3 甲基化位點在基因組(zu)上的分布
（不同顏色折線代表以(yi)10 kb為窗口(kou)，窗口(kou)內(nei)不同甲基化胞(bao)嘧啶占該類型胞(bao)嘧啶的比(bi)例）
圖4 差異(yi)甲基(ji)化區(qu)域相關基(ji)因的KEGG通(tong)路分析
經典案例：Pilocytic astrocytoma demethylation and transcriptional landscapes link bZIP transcription factors to immune response[1].
背景
上(shang)皮星形細胞瘤(liu)（PA）是(shi)最(zui)常見的小(xiao)兒腦腫瘤(liu)。盡(jin)管已(yi)有研(yan)究者對基因組(zu)和轉(zhuan)錄組(zu)水平進行了充(chong)分(fen)的研(yan)究，但仍缺乏完整的甲基化組(zu)，腫瘤(liu)細胞組(zu)成和免疫(yi)浸(jin)潤的數據和研(yan)究進展。
方法
研究者對 9個PA 和16個對照樣品進行了全基因組亞硫酸氫鹽測序 (WGBS) 和分析，并整合數據庫的154個(ge)PA和57個(ge)對(dui)照甲基化(hua)芯片數(shu)據。同樣(yang)地，也對(dui) 49個(ge)PA和11個(ge)對(dui)照樣(yang)品進行轉錄組測序(xu)。
結論
WGBS數據的分析顯示，與對照組織相比，PA組織中有9381個顯著差異的甲基化區域（DMR），且DMR的motif分析發現(xian)，這(zhe)些DMR受到五(wu)個不同的TF家族的增強子和轉錄因子（TF）調控。甲基化和轉錄組數據的反卷積分析表明，與正常組織相比，PA中免疫細胞浸潤具有顯著變化。轉錄因子網絡(luo)分析表明， bZIP轉錄因(yin)子與參與免疫相關過(guo)程的基(ji)因(yin)之(zhi)間存在調(diao)控關系(xi)。作者為甲基(ji)化差異、基(ji)因(yin)表達差異與免疫細胞浸潤之(zhi)間的關系(xi)提供了關鍵證據。
圖5 腫(zhong)瘤低甲基化區域富含增強子(zi)(zi)和 bZIP 轉錄因子(zi)(zi)結合位(wei)點
參考文獻：Aichmüller, C.F., et al., Pilocytic astrocytoma demethylation and transcriptional landscapes link bZIP transcription factors to immune response. Neuro-Oncology, 2020. 22(9): p. 1327-1338.
