2019 DNA甲基化研究及临床应用新动态

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2019 DNA甲基化研究及临床应用新动态
  文章导读:
  表观遗传学(Epigenetics)是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达的可遗传变化的一门学科。由于技术及生物体本身特点等原因, 目前研究较多的表观遗传机制主要集中在DNA甲基化和组蛋白修饰。本文主要涉及近期DNA甲基化的研究及临床应用。
  DNA甲基化测序新技术
  哺乳动物基因组中发现的两种最常见的表观遗传标记是5-甲基胞嘧啶(5mC)和5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)。细胞通过双加氧酶家族TET (ten-eleven translocation)蛋白将5mC氧化为5hmC,随后进一步将5hmC氧化成5-甲酰基胞嘧啶(5fC)和5-羧基胞嘧啶( 5caC)。DNA中胞嘧啶修饰从基因调控到生长发育过程都起着至关重要的作用,异常的DNA甲基化和羟甲基化与各种疾病有关,因此确定5mC和5hmC的基因组分布对于临床应用意义重大。
  目前,DNA甲基化和羟甲基化分析测序行业的黄金标准是亚硫酸氢盐测序及其衍生方法:TET辅助亚硫酸氢盐测序和氧化亚硫酸氢盐测序等。近日牛津大学宋春晓课题组等开发了一种无需亚硫酸氢盐的测序方法:TET辅助吡啶硼烷测序(TET-assisted pyridine borane sequencing, TAPS)。 利用TET将5mC和5hmC氧化为5caC,随后吡啶硼烷将5caC还原为二氢尿嘧啶(DHU),而后的PCR再将DHU转化为胸腺嘧啶。
  实例应用结果表明,TAPS和相关方法原则上可以对所有表观遗传修饰的胞嘧啶进行测序。与亚硫酸氢盐测序相比,TAPS可以实现更高的绘图速率,更均匀的覆盖率和更低的测序成本,从而实现更高的质量,更全面和更便宜的甲基化组分析。另外,TAPS与各种下游分析方法兼容(如:焦磷酸测序、限制性消化、MALDI质谱、微阵列和全基因组测序等),并能保留长链DNA,因此与SMRT测序和纳米孔测序等长链测序技术结合,可用于研究某些难以测序的区域,提高其应用价值。
  这一新技术的开发,为5mC的检测提供了重要工具。该技术将5-甲基胞嘧啶的氧化与5-醛基胞嘧啶的特异性标记结合,极具创新性。因此,这项技术有望替代亚硫酸氢盐测序成为DNA甲基化检测新的“金标准。”
  甲基化相关研究的临床应用:
  甲基化预测三阴性乳腺癌患者化疗疗效
  三阴性乳腺癌(TNBC)占所有乳腺癌的10%~30%,化疗是主要治疗方式之一。TNBC患者的化疗后复发率较高,新辅助化疗的病理完全缓解率(pCR)大约为30%~40%,目前缺少疗效预测方法。为了更好地预测新辅助化疗的疗效(pCR可能性),来自西班牙的Pineda B教授及其研究团队在TNBC患者中评估甲基化的疗效预测作用。
  研究团队招募54例TNBC患者,分为实验组(n = 24)和验证组(n = 30),根据残留肿瘤负荷(RCB)将招募患者分为应答患者(RCB=0,即pCR)或不应答患者(RCB>0,即非pCR),并对招募患者新辅助化疗前的组织样本进行甲基化测序。通过三个阶段(基因筛选、模型建立、性能评估)研究,建立一个可用于三阴性乳腺癌新辅助化疗疗效预测的甲基化模型(FERD3L和TRIP10双基因甲基化模型)。应用该模型,能在治疗前预测新辅助化疗后pCR的可能性,可能有助于临床医生选择适当的治疗方案。
  去甲基化药维达莎?在AML中的应用
  急性髓系白血病(AML)多发于老年人群,随年龄增长发病率逐渐上升。全基因组分析显示在AML疾病病程中,DNA过度甲基化非常普遍,甲基化影响患者生存期,甲基化程度越高,患者生存期越短。自1969年至今,常用的AML治疗药物仅四种:化疗药物阿糖胞苷,去甲基化药物地西他滨和阿扎胞苷,CD33单克隆抗体吉妥珠单抗(GO)等。
  注射用阿扎胞苷(维达莎?)是国内唯一获批治疗AML的去甲基化药物,用于骨髓原始细胞20%-30%,多系增生异常的AML患者。在去甲基化药物诱导治疗临床试验中的一些研究表明,阿扎胞苷可单药用于接受高强度化疗的老年患者诱导治疗,也可与其他药物联合使用以进行无法接受高强度化疗的患者诱导治疗。对于可接受高强度化疗的老年患者,阿扎胞苷单药使用与传统治疗相比延长患者OS,显著改善输血依赖;对于无法接受高强度化疗的患者,阿扎胞苷联合给药有良好OS以及ORR获益,不良反应发生率低。
  尿液DNA甲基化的无创膀胱癌诊断
  膀胱癌(Bladder Cancer)是泌尿系统最常见的恶性肿瘤之一,尿脱落细胞学病理和FISH等常规诊断方法的灵敏度一直困扰临床判断,而作为“金标准”的膀胱镜检查因有创和不适会给受检者造成心理负担。DNA甲基化是肿瘤诊断的理想标志物。
  近期在第114届美国泌尿外科年会上,中山大学研究团队联合基准医疗研发团队,公布其共同完成的尿液DNA甲基化无创诊断膀胱癌的初步研究结果,标志着DNA甲基化的膀胱癌无创诊断方法将开启DNA甲基化在泌尿肿瘤应用篇章。该团队对TCGA数据库和本院中膀胱癌数据进行深度挖掘,结合临床样本测序数据筛选出40个膀胱癌特异性甲基化区域。从数百例受检者样本中鉴别出5个特异性的DNA甲基化位点,建立膀胱癌诊断分类器,灵敏度和特异性分别为90.2%和83.6%,证明DNA甲基化具有无创诊断膀胱癌的应用潜能。
  基准医疗优化质谱平台TOF-MS应用于DNA甲基化检测,数据经过生物信息学分析,建立出膀胱癌甲基化诊断分类器,结果准确性高。诊断分类器对于非肌层浸润性膀胱癌诊断的灵敏度为87.72%,高于尿脱落细胞检测(45.95%)和FISH(68.42%),对于低级别膀胱癌分类器诊断灵敏度也达83.33%,远高于尿脱落细胞检测(14.29%)和FISH(28.57%)。该平台可在两天内完成上百例临床样本检测,灵敏且快速,是一种优质的快速检测方法。后续该研究团队将继续深入研究,转化研究成果,真正实现膀胱癌的无创、无痛、准确诊断,解决临床痛点。
  参考资料:
  1.https://mp.weixin.qq.com/s/zP22SnIxjy_EqvQlv3P7qQ
  2.Pineda B, Diaz-Lagares A, Pérez-Fidalgo J A, et al. A two-gene epigenetic signature for the prediction of response to neoadjuvant chemotherapy in triple-negative breast cancer patients[J]. Clinical epigenetics, 2019, 11(1): 33.
  3.https://mp.weixin.qq.com/s/kSH3jn4PgB3FhETGqJBb8g
责任编辑: 夢奕新