盤點｜五大DNA甲基化晶元技術服務平台

健康 07-20

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DNA甲基化是表觀遺傳學的重要組成部分，在維持正常細胞功能、遺傳印記、胚胎髮育以及人類腫瘤發生中起著重要作用，是目前新的研究熱點之一。隨著對甲基化研究的不斷深入，各種各樣甲基化檢測方法應運而生。

DNA甲基化的檢測方法包括甲基化特異性PCR(MS-PCR)、亞硫酸氫鹽處理+測序、聯合亞硫酸氫鈉的限制性內切酶分析法(COBRA)、熒光定量法、晶元技術和高通量測序等等。

基於晶元的甲基化圖譜分析，多家晶元公司在DNA甲基化相應的產品提供，本文主要介紹幾種DNA甲基化晶元技術服務平台，包括Agilent平台、Illumina平台，Roche NimbleGen平台等。

Illumina

於2009年推出世界首款DNA甲基化晶元——Human Methylation27 BeadChip，可檢測人基因組2.7萬個甲基化位點，後又陸續推出了27K晶元升級版。

1、Illumina 450K DNA甲基化晶元

Illumina Human Methylation 450K BeadChip晶元可檢測人全基因組45萬個甲基化位點，全面覆蓋了96%的CpG島，並根據需求加入了CpG島以外的CpG位點、人類幹細胞非CpG甲基化位點、正常組織與腫瘤（多種癌症）組織差異甲基化位點、編碼區以外的CpG島、miRNA啟動子區域和已通過GWAS的疾病相關區域的位點，同時覆蓋了Human Methylation27 BeadChip的90%的位點。每張晶元可平行進行12個樣本的檢測。集合了全面、高樣品通量，以及價格實惠等優點，廣泛應用於幹細胞研究、腫瘤和其他疾病研究，是一款適合表觀基因組全關聯分析研究的全基因組DNA甲基化晶元。

2、甲基化晶元Infinium MethylationEPIC BeadChip（簡稱850k晶元）

是在原450K晶元巨大成功的基礎上，推出了新一代的DNA甲基化晶元。在數據上既包含了原450K晶元91%的位點，以充分利用原有450K珍貴數據，又增加了413,745個位點（總共853,307個CpG位點）。850K晶元全面覆蓋基因啟動子區、基因編碼區、CpG島以及ENCODE及FANTOM5計劃中發現的增強子區。850K甲基化晶元不但是腫瘤和其他複雜疾病研究的有力工具，也是目前最適合表觀全基因組關聯分析（EWAS）研究的DNA甲基化研究技術。

Agilent（安捷倫）

Agilent 的甲基化晶元通過SurePrint晶元合成專利技術，優化探針設計及實驗方法，可靈活進行甲基化研究，得到高靈敏度、高特異性、高重複性的結果。

1、 Agilent Human CpG Island Microaray 1x244K

覆蓋27,800個人類CpG島

2、Agilent Human DNA Methylation Microarray 1x244K

覆蓋27,627個人類CpG島和5081個UMR區域

3、Agilent Mouse CpG Island Microarray, 2x105K

覆蓋16,030個小鼠CpG島

Roche(羅氏）

Roche-NimbleGen甲基化晶元為滿足不同的研究需求，針對不同的基因組區域分別設計了CpG-Promoter晶元、啟動子晶元、全基因組Tiling晶元和microRNA DNA甲基化晶元。在檢測上採用甲基化DNA免疫沉澱方法(Methylated DNA Immunoprecipitation, MeDIP)，產品為基礎生物學以及腫瘤和其他疾病的表觀遺傳學機制研究，直至尋找大規模的甲基化表觀遺傳學標誌物提供了高效的技術平台。

1、Roche-NimbleGen CpG promoter晶元

單晶元設計覆蓋所有UCSC注釋的CpG島和所有RefSeq資料庫基因的啟動子區，也是目前市面上唯一一款將CpG與promoter區域都覆蓋的晶元。覆蓋了人的28226個CpG島，小鼠的15963個CpG島，大鼠的15809個CpG島。人的啟動子區覆蓋範圍為1kb，小鼠和大鼠為1.8kb（小鼠與大鼠基因組的CpG島的出現頻率比人低）。特別針對小的CpG島向兩翼延伸使之達到700bp的覆蓋範圍從而更可靠地被檢測。NimbleGen新推出的人與小鼠的2.1M高密度晶元與傳統的385K晶元相比，覆蓋的CpG島個數相同，但是對基因啟動子的覆蓋範圍更廣（超過10kb），同時還覆蓋了人與小鼠的microRNA，信息量更全。

2、Roche-NimbleGen啟動子晶元

晶元探針根據RefSeq資料庫設計，包括RefSeq資料庫中所有已被研究清楚的基因（帶NM前綴的RefSeq基因）。人和大鼠的啟動子覆蓋範圍為2.8kb，小鼠為2.6kb，覆蓋區探針平均間距為100bp。探針使用50-75mer的長寡核苷酸，可達到統一的雜交溫度並提供更高的信噪比和靈敏度。實驗使用雙色方案，對雜交在一張晶元上的免疫沉澱（IP）組分和對照（Input）組分同時進行分析，可消除不同樣本間基因拷貝數差異引起的信號偏差。

3、Roche-NimbleGen全基因組Tiling晶元

每套晶元以100bp或更小的平均間距覆蓋全基因組，可以研究基因間及基因轉錄本內DNA甲基化對基因的作用。晶元涉及物種除常規的人，大鼠，小鼠之外，還包括果蠅、線蟲、酵母、大腸桿菌等重要的模式生物。

4、microRNA DNA甲基化晶元

2008年生物學家開始關注microRNA自身的調控機制，研究發現腫瘤組織中一些具有抑癌作用的microRNA發生了DNA甲基化，其轉錄被抑制，從而引起了癌症發生及腫瘤轉移。目前microRNA的DNA甲基化調控成為生物學研究的新熱點。Roche-NimbleGen推出的3款甲基化晶元及我們康成生物公司設計的一款甲基化晶元（晶元製作仍由NimbleGen完成）就可以用來高通量研究人及小鼠的microRNA受到的DNA甲基化調控。

SBC（上海生物晶元有限公司）

1、人類全基因組CpG 島晶元服務

針對基因組中所有的GC%>57%，長度>250bp的46957個CpG島而設計，覆蓋全基因組中的CpG島。甲基化晶元由SBC自行開發設計，Nimblegen公司合成，包括兩有套設計方案：探針位於CpG島內或位於島外，每張晶元上總共含有392778個探針。具有覆蓋率廣、敏感度高、精確度高的特點。晶元通過特異性結合甲基化DNA的蛋白-MBD2b，富集基因組中的甲基化DNA片段，再通過接頭放大標記後進行晶元分析。

2、BSP &MSP服務

BSP服務針對少數的已知基因或位點設計，根據亞硫酸氫鈉處理後甲基化的胞嘧啶C不變，而普通胞嘧啶變成U的原理，設計引物擴增經亞硫酸氫鈉處理後的樣品，通過判斷PCR是否能擴增或通過測序確定目的片段中的CpG位點的甲基化狀態。

MSP服務原理與BSP類似，通過甲基化敏感的限制性內切酶切割與PCR相聯，研究酶切位點的甲基化狀態。

3、BSP Microarray服務

通過亞硫酸氫鈉處理後甲基化的胞嘧啶C不變，而普通胞嘧啶變成U的原理，對目的片段內的各位點設計相應的探針，檢測其甲基化狀態。適於研究中大量樣本的目的片段，具有方便快捷，靈敏度高的優點。

美國Sequenom

Sequenom MassARRAY特定片段DNA甲基化分析檢測服務採用專業的引物設計軟體，無需進行PCR 產物純化，無需任何熒游標記，是研究幾個到幾百個甲基化位點的理想手段。具有以下優勢：

*高靈敏度：可發現低至5%甲基化修飾，樣本起始量低至10 ng。

*重複性好：CV≤5%。

*高性價比：用384孔板進行 PCR 反應，一個擴增產物可以進行多重 CpG位點分析，數據無需後續驗證，可直接發表結果。

DNA甲基化技術與臨床應用

研究DNA甲基化的方法多種多樣，基於晶元技術的高通量性，已經得到廣泛應用，大大加速了DNA甲基化與疾病（如腫瘤、心血管疾病、糖尿病等)聯繫的研究進程，提升研究效率,很有可能發展成人類疾病診斷、預防和治療的有效工具。

「甲基化的技術進展和臨床應用」分論壇

基於此，將於2018年10月26-28日在復旦大學附屬中山醫院舉行第二屆現代臨床分子診斷研討會特設專題為「甲基化的技術進展和臨床應用」分論壇，並由復旦生物醫學研究院表觀遺傳學中心的於文強教授主持。

於教授多年來一直在國際著名大學的表觀遺傳實驗室與該領域的頂尖級科學家共同從事表觀遺傳學研究，取得了許多傑出的研究成果，轉網也曾專門就DNA甲基化採訪過於教授(《轉》訪復旦大學於文強教授：從表觀遺傳學研究中談科研創新與自信！)。

除此分論壇之外本次大會還設置了數字定量PCR技術進展、應用領域、趨勢分析、當分子診斷邂逅人工智慧和轉化醫學創新產品臨床應用另外三大分論壇。而且大會還有上海四大國家級重點實驗室參觀活動，分別是中山醫院臨床醫學研究院、中華精準醫學中心、中科院上海生化與細胞所分子生物學技術平台和中科院上海生化與細胞所化學生物學技術平台！想要參加和學習更多相關知識的小夥伴們抓緊報名啦！

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