一种新的测序方法 用于检测与癌症相关的DNA修饰

路德维希癌症研究科学家在当前的Nature Biotechnology杂志上报道了一种新的改进方法，用于检测DNA的化学修饰。这些修饰或“表观遗传”标记有助于控制基因表达及其在基因组中的异常分布。在牛津大学路德维希癌症研究所助理成员Chunxiao Song和Benjamin Schuster-Boeckler的带领下，该研究表明他们的方法，称为TET辅助吡啶硼烷测序，或TAPS，是一种损害较小，效率更高的替代品。亚硫酸氢盐测序，目前用于绘制DNA 表观遗传修饰的金标准。

“我们认为TAPS可以直接取代亚硫酸氢盐测序作为DNA表观遗传测序的新标准，”Song说。“它使DNA表观遗传测序更加经济实惠，并可用于更广泛的学术研究和临床应用。”

一类表观遗传修饰涉及将化学基团连接到DNA的四个“字母”或碱基之一。这些标记不会改变DNA序列本身，而是影响基因的开启和关闭。这种类型中最常见的两种修饰包括向胞嘧啶中加入化学甲基和羟甲基以产生5-甲基胞嘧啶(5mC)和5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)。“5mC和5hmC丰度的异常模式是癌症的典型特征，”Song说。

几十年来，生物学家依靠亚硫酸氢盐来检测5mC和5hmC的修饰，但这种化学物质具有极大的破坏性，可以降解其接触的DNA的99%。“你可以想象，如果你处理非常有限的遗传样本，例如在血液中循环的无细胞DNA，亚硫酸氢盐测序变得非常具有挑战性，”宋说。

亚硫酸氢盐测序的另一个限制是它仅间接检测到5mC和5hmC。该技术将未修饰的胞嘧啶转化为称为尿嘧啶的相关碱基，同时使甲基化的胞嘧啶保持完整。“这是非常低效和计算密集的，”宋说。“这就像是通过消除所有不是Waldo的人来寻找Waldo .TAPS允许我们直接找到Waldo。”

新方法包括两个步骤。第一种使用称为TET的酶将5mC和5hmC转化为第三种修饰，即5-羧基胞嘧啶(5caC)。第二步是由Song实验室的博士后研究员Yibin Liu开发的一种新的化学反应，将5caC转化为胸腺嘧啶 - 一种可以通过普通测序仪读取的DNA碱基。

该过程产生了一种新型数据，Schuster-Boeckler的实验室开发了分析所需的计算方法。“与亚硫酸氢盐测序相比，处理TAPS数据的速度不仅快两倍，而且还保留了原始样本的更多信息。这使得即使在识别DNA修饰时也更容易检测突变和结构变异，”Schuster-Boeckler说。

在证明TAPS的核心化学成果起作用后，该团队花了一年的时间来完善它，将反应效率从大约70%提高到95%以上。研究人员还开发了TAPS技术的两种变体-TAPS-Beta和CAPS，它们分别可用于检测5mC或5hmC。

在使用小鼠DNA的测试中，研究人员表明，TAPS可以生成更精确的测序数据，其成本是亚硫酸氢盐测序的一半。“我们可以获得相同金额的两倍有用数据，”宋说。

Song，Schuster-Boeckler及其同事正在改进TAPS，以分析肿瘤流入血液中的无细胞DNA，目的是应用该技术开发微创癌症诊断。