DNA甲基化检测技术学习课程

1、内容提示内容提示DNA甲基化的定义及生物学意义MS-HRM检测的原理MS-HRM检测的方法及步骤MS-HRM检测结果分析第1页/共29页第一页，编辑于星期五：十六点 五十七分。DNADNA甲基化的定义甲基化的定义在甲基转移酶的催化下，DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基基团的化学修饰现象。第2页/共29页第二页，编辑于星期五：十六点 五十七分。DNADNA甲基化的形式：甲基化的形式：DNA甲基化主要形成5-mC和少量的N6-甲基嘌呤（N6-mA）及7-甲基鸟嘌呤（7-mG） 第3页/共29页第三页，编辑于星期五：十六点 五十七分。CpG CpG 岛（岛（CpG IslandCpG

2、Island） 在基因组的某些区域中，通常是基因的启动子区域，5端非翻译区和第一个外显子区，CpG序列密度非常高，超过均值5倍以上，成为鸟嘌呤和胞嘧啶的富集区，称之为CpG岛(CpG Islands, CGIs)。u正常结构基因组中70% 90% 的独立CpG 都被甲基化, 未甲基化的CpG 成簇地聚集形成CpG 岛u主要位于结构基因的启动子和第一外显子区域，约有60以上基因的启动子含有CpG岛。 u 是结构基因启动子的核心序列和转录起始点 第4页/共29页第四页，编辑于星期五：十六点 五十七分。CpG island的功能：通过甲基化与去甲基化，调控下游基因的表达 基因表达的调控开关第5页/共

3、29页第五页，编辑于星期五：十六点 五十七分。DNA甲基化的生物学意义甲基化的生物学意义l 1、转录抑制 基因启动子区的甲基化可影响转录激活因子和其识别序列 的结合.第6页/共29页第六页，编辑于星期五：十六点 五十七分。DNA甲基化的生物学意义甲基化的生物学意义l 2、影响基因表达 直接抑制基因表达 或甲基化的 CpG双核苷酸序列可被甲基结合蛋 白家族 识别,而后者可通过吸引补充组蛋白去乙酞化酶 和组蛋白甲基化转移酶 等组蛋 白修饰蛋白质来改变染色质的活性 ,以间接方式影响基因表达.第7页/共29页第七页，编辑于星期五：十六点 五十七分。l3、损伤与修复 一方面参与凋亡和修复的基因受DNA

4、甲基化调控,另一方面异常甲基化往往会导致DNA 的多种损伤。此外 ,甲基化还可能直接参与DNA损伤的识别和修复过程.l4、其他 ： 甲基化还参与DNA 的复制和包装及 DNA片段的转座等。第8页/共29页第八页，编辑于星期五：十六点 五十七分。基因组甲基化的特点：基因组甲基化的特点：u可逆性许多甲基化位点可以根据细胞活性的要求重新甲基化或去甲基化；u组织特异性不同的组织细胞具有不同的甲基化模式，为基因表达设定程序。u异常的甲基化可分为高甲基化和低甲基化 ，前者指正常组织中不发生甲基化的位点被甲基化 ，后者是指在正常组织中发生甲基化的位点去甲基化。第9页/共29页第九页，编辑于星期五：十六点 五

5、十七分。DNADNA甲基化与肿瘤的关系甲基化与肿瘤的关系肿瘤细胞的特征：n癌基因低甲基化 被激活；n抑癌基因高甲基化 被沉默 甲基化水平与肿瘤生物学特性密切相关，DNA甲基化水平越低，染色体越容易发生功能异常，肿瘤的浸润能力就越高，临床分期也愈晚第10页/共29页第十页，编辑于星期五：十六点 五十七分。常见易被甲基化的抑癌基因与修复基因及其作用常见易被甲基化的抑癌基因与修复基因及其作用 基因基因基因沉默对肿瘤的意义基因沉默对肿瘤的意义肿瘤类型肿瘤类型APC对细胞增殖、迁移、粘附、骨架重组及染色质稳定性失去调节作用乳腺癌、肺癌、食管癌、结肠癌、胃癌、胰、 肝癌BRCA1与DNA 修复与转录激活有

6、关乳腺癌、卵巢癌 CDKN2A/p16周期素依赖性蛋白激酶抑制剂GIT 、头与颈部瘤、NHL、肺癌 DAPK1钙/钙调素-依赖的丝氨酸/苏氨酸磷酸化酶; 凋亡抑制肺癌E-cadherin增强增殖、侵袭与转移乳腺癌 、甲状腺癌、胃癌ER激素抵抗乳腺癌、前列腺癌GSTP1失去对致癌物活性代谢产物的解毒作用前列腺癌、乳腺癌、肾癌hMLH1缺损DNA错配修复,基因点突变结肠癌、胃癌、子宫内膜瘤、卵巢癌MGMTp53-相关基因，与DNA 修复及耐药性有关肺癌、脑瘤P15细胞的过度激活与增殖非白血性白血病、淋巴瘤、鳞状细胞癌、肺癌 RASSF1A失去了对G1/S负调控抑制作用肺癌、乳腺癌、卵巢癌、肾癌、鼻

7、咽癌Rb不能抑制DNA复制和细胞分裂必需的基因转录成视网膜细胞瘤、少突神经胶质(细胞)瘤VHL错误的降解RNA结合蛋白质，改变RNA稳定性肾细胞癌缩写: APC, adenomatous polyposis coli; BRCA1, breast cancer 1; CDKN2A/p16, cyclin-dependent kinase 2A; DAPK1, death-associated protein kinase 1; ER, estrogen receptor; GSTP1, glutathione S-transferase Pi 1; hMLH1, Mut L homologue

8、 1; MGMT, O-6 methylguanine-DNA methyltransferase; RASSF1A, Ras association domain family member 1; Rb, retinoblastoma; VHL, von Hippel-Lindau; GIT, gastrointestinal tract; NHL, non-Hodgkins lymphoma.第11页/共29页第十一页，编辑于星期五：十六点 五十七分。DNADNA甲基化与肿瘤的关系甲基化与肿瘤的关系 MGMT基因在许多肿瘤中被认为是抗肿瘤药物治疗的预测标记。MGMT启动子肿瘤特异性甲基化，

9、可以抑制MGMT蛋白的活性，从而使得肿瘤细胞对烷化类的抗肿瘤药物敏感，因而被广泛用于肿瘤化疗治疗。 Figure： KaplanMeier Estimates of Overall Survival, According toMGMTPromoter Methylation Status.第12页/共29页第十二页，编辑于星期五：十六点 五十七分。DNA DNA 甲基化的检测方法甲基化的检测方法第13页/共29页第十三页，编辑于星期五：十六点 五十七分。DNA DNA 甲基化的检测方法甲基化的检测方法MS-HRMMS-HRM检测技术检测技术 目前，甲基化检测的方法很多，例如甲基化特异性PCR，

10、Northern印迹法、Western印迹法、免疫细胞化学等，这些检测方法由于需要花费大量时间，成本高等等，在临床推广应用时均存在一定的困难。最新报道了一种基于熔解曲线的高分辨率熔解（High Resolution Melt，HRM）的新方法，为甲基化的检测带来了新的曙光。用HRM方法检测MGMT启动子区域内的甲基化状态，可检测低达0.1%的甲基化程度；并且可以根据已知甲基化程度的标准曲线对未知样品的甲基化百分比进行测定。第14页/共29页第十四页，编辑于星期五：十六点 五十七分。MS-HRMMS-HRM检测技术原理检测技术原理 采用重亚硫酸盐处理DNA模板后，在非CpG岛位置设计一对针对经亚

11、硫酸氢钠处理后DNA链的引物，这对引物中间包含有意义的甲基化CpG岛，一旦这些CpG岛发生甲基化，胞嘧啶不发生变化，而未甲基化的胞嘧啶转变成胸腺嘧啶，样品中的GC含量发生了变化，最终被转化成了熔解曲线Tm值之间的差异。CpG位点在小的扩增片段内的相对位置也会对熔解峰的形状产生影响，因此，根据Tm值和熔解峰的形状可以检测出样本的甲基化位点和甲基化程度第15页/共29页第十五页，编辑于星期五：十六点 五十七分。MS-HRMMS-HRM检测方法及步骤检测方法及步骤1. 引物设计：a)引物需包含个CpG二核苷酸序列；b)CpG二核苷酸序列应尽量靠近引物的端；c)引物的Tm值应尽量接近，最好控制在内；d

12、)引物的端应包含有个或多个T碱基，从而确保只有经过重亚硫酸盐修饰的DNA模板得到扩增；e)引物不能有二聚体存在；f)扩增子的长度尽量控制在100bp左右 第16页/共29页第十六页，编辑于星期五：十六点 五十七分。MS-HRMMS-HRM检测方法及步骤检测方法及步骤1. 引物设计： 第17页/共29页第十七页，编辑于星期五：十六点 五十七分。MS-HRMMS-HRM检测方法及步骤检测方法及步骤2. DNA样本的准备： 可使用新鲜组织或石蜡组织样本，一般不使用血液样本；3. 仪器选择（一般可进行HRM分析的仪器均可）：如LightCycler480 (Roche), RotorGene6000

13、(CorbettResearch), Applied Biosystems 7500 FAST real-time PCR system(Applied Biosystems), LightScanner System and the HR-1 instrument(Idaho Technologies). 第18页/共29页第十八页，编辑于星期五：十六点 五十七分。第19页/共29页第十九页，编辑于星期五：十六点 五十七分。MS-HRMMS-HRM检测方法及步骤检测方法及步骤4. DNA样本的甲基化修饰： 可使用FFPE Tissue Kit (QIAGEN) 对DNA甲基化修饰及回收；3.

14、 PCR扩增：a.上样体系b.PCR-HRM反应程序 第20页/共29页第二十页，编辑于星期五：十六点 五十七分。MS-HRMMS-HRM检测方法及步骤检测方法及步骤a. 上样体系：反应体系组分(20L)加入的体积（L）10PCR Buffer(15 mM mgcl2)2MgCl2 (25 mM)0.4dNTP（10 mM）0.520 Eva-green饱和染料1.010m Primers0.5+0.5Template（5ng/L）1.0Taq酶(5U/L)0.2ddH2O14.3第21页/共29页第二十一页，编辑于星期五：十六点 五十七分。MS-HRMMS-HRM检测方法及步骤检测方法及步骤

15、b. PCR-HRM反应程序：过程温度时间循环数cycles预变性955min1PCR9510s506015s7225s(收集荧光)HRM951min1401min651s95每秒检测荧光25次冷却4010s1第22页/共29页第二十二页，编辑于星期五：十六点 五十七分。MS-HRMMS-HRM检测结果分析检测结果分析MGMT甲基化检测的标准曲线图第23页/共29页第二十三页，编辑于星期五：十六点 五十七分。MS-HRMMS-HRM检测结果分析检测结果分析第24页/共29页第二十四页，编辑于星期五：十六点 五十七分。MS-HRMMS-HRM检测结果分析检测结果分析Figure 1 | The

16、effect of the PCR annealing temperature on the sensitivity of the ATM MS-HRM assay. Thedilutions of methylated and unmethylated templates are indicated as follows: 100% methylated-red, 10%methylated-blue, 1% methylated-green and 0.1% methylated-brown and unmethylated-black. 第25页/共29页第二十五页，编辑于星期五：十六点 五十七分。MS-HRMMS-HRM检测结果分析检测结果分析Figure 4. The MS-HRM assay for BNIP3 methylation. Results of theBNIP3-MS-HRM assay for five clinical samples compared to thedilution standards. Samples 15