RRBS-经典案例-诺禾致源

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RRBS

案例一非洲裔美国患者膀胱肿瘤中的 DNA 甲基化模式指出异生物质代谢的明显改变

DNA methylation patterns in bladder tumors of African-American patients point to distinct alter-
ations in xenobiotic metabolism

期刊： Carcinogenesis
影响因子：5.1050
发表单位：Baylor College of Medicine
发表年份：2019年7月

一、研究背景

作者发现对于膀胱癌，非洲裔美国患者比欧洲裔美国患者有更高的死亡率。作者假设肿瘤 DNA 甲基化的表观遗传差异是膀胱癌患者不同结局的根本原因，因此通过 RRBS 来分析非洲裔和欧洲裔患者肿瘤膀胱癌的 DNA 甲基化差异。

二、方法流程

取材

建库

测序

信息分析

提取 DNA 样本，限制酶酶切，末端修复加A加甲基化接头，片段选择（40~220 bp），Bisulfite 处理，PCR 扩增

Illumina HiSeq 3000，PE150

甲基化水平在不同基因组功能元件上的分布、DMR 分析、DMR 相关基因富集分析

三、研究结果

1. AA BLCA 患者膀胱组织基因组表现出高甲基化的 CpG 水平
作者首先通过 LC-MS/MS（液相二级质谱）测定了 AA BLCA 患者和 EA BLCA 患者膀胱组织 DNA 中 5mC 水平，结果发现 AA BLCA 患者基因中存在更高水平的 5-mC；之后检测了 DNA 去甲基化的中间体 5-hmC 的水平，发现 AABLCA 基因中存在更低水平的 5-hmC，这表明 AA BLCA 患者和 EA BLCA 患者之间 DNA 甲基化水平存在差异。为了更好地了解这一现象，作者对 AA BLCA 患者和 EA BLCA 患者膀胱组织提取 DNA 进行 RRBS，测序发现 AA BLCA患者和 EA BLCA 患者膀胱组织基因组中存在1,071个 DMR（P＜0.01＝，且 AA BLCA 患者 DMR 呈现相对较高的甲基化水平。
2. 高甲基化的 CpG 通常位于异生素酶的启动子区域
对 DMR 相关基因进行 GO 和 KEGG 富集分析，发现29个 DMR 相关基因与生物反应密切相关，且II期生物转化途径被显著富集。与 RNA-seq 联合分析发现，6个DMR相关基因（异生素酶）在 AA BLCA 中显著下调，而这些基因的启动子区域都存在高甲基化的 CpG。
3. AA BLCA 患者的葡萄糖醛酸化和 DNA 甲基化水平增强
葡萄糖醛酸化是一种II期生物转化反应，涉及将葡萄糖醛酸从 UDP 葡萄糖醛酸转移到异生素中。作者通过 LC-MS/MS 检测 AA BLCA 和 EA BLCA 患者肿瘤中的葡萄糖醛酸水平，发现 AA BLCA 患者的水平升高。
SAM（S-腺苷甲硫氨酸）是通用的甲基供体，一旦甲基从 SAM 转移到其底物，就产生 SAH（S-腺苷高半胱氨酸），甲基化代谢物也是甲基化代谢改变的指标。作者发现在 AA BLCA 患者肿瘤中存在低水平的 SAM 和高水平的 SAH。

四、研究结论

该研究发现在膀胱癌非洲裔美国患者中甲基化相关代谢和调节异生素代谢的酶差异表达，表明膀胱癌的生物学特征中存在种族差异。

参考文献

Vantaku V, Amara CS, Piyarathna DWB, et al. DNA methylation patterns in bladder tumors of African-American patients point to distinct alterations in xenobiotic metabolism[J]. Carcinogenesis, 2019.

案例二童年期虐待与前扣带皮层髓鞘受损的关联：融合表观遗传学、转录组学和形态学特征

Association of a History of Child Abuse with Impaired Myelination in the Anterior Cingulate Cortex:Convergent Epigenetic, Transcriptional, and Morphological Evidence

期刊： American Journal of Psychiatry
影响因子：13.39
发表单位：McGill University
发表年份：2017年7月

一、研究背景

童年期虐待（Child abuse）可导致一系列恶果，包括抑郁、自杀等负性精神健康转归风险的升高。近年来的研究中，前扣带回（ACC）是童年期虐待相关损害中提及频率较高的脑区之一，包括皮质变薄、网络中心性及功能连接改变及完整性受损等，但在细胞及分子层面上，人们的了解仍少之又少。为此研究者对78例人类大脑标本及24例啮齿类动物模型进行了分析，旨在从表观遗传学、转录组学及细胞应激的角度出发，深入探究童年期虐待对大脑的影响。

二、方法流程

取材

建库

测序

信息分析

人大脑前扣带皮层（童年虐待组n=27：遭受童年虐待死于自杀的抑郁患者；抑郁组n=25：未遭受童年虐待死于自杀的抑郁患者；对照组n=26：突然死亡，无长期重病及精神疾病史）

提取 DNA，限制酶酶切，末端修复加 A 加甲基化接头，片段选择，Bisulfite 处理，PCR 扩增

Illumina HiSeq 2000，SE50

单样本甲基化分析、差异 DNA 甲基化分析，DMR 基因富集分析

三、研究结果

1. 童年虐待组大脑前扣带皮层 DNA 甲基化水平改变
研究者对童年虐待组（n=27）、抑郁组（n=25）和对照组（n=26）进行 RRBS 分析，评估 DNA 甲基化水平，并进行差异甲基化分析（童年虐待组vs对照组 or 抑郁组 vs 对照组），结果发现童年虐待会造成患者基因组显著的甲基化水平改变，最显著的 DMR 位于与髓鞘功能相关基因中，且 LINGO3（涉及髓鞘形成）和 POU3F1（控制髓鞘形成的转录因子）的 DNA 甲基化水平降低，特异性的发生在少突胶质细胞中，这表明虐待造成儿童少突胶质细胞特异性表观遗传学的再编辑。
2. 童年虐待组大脑前扣带皮层 DNA 转录水平改变
研究者对童年虐待组（n=27）、抑郁组（n=25）和对照组（n=26）进行 RNA-seq 分析，与对照组相比，虐待组观察到许多基因表达水平的改变，与髓鞘合成和少突胶质细胞成分相关的基因有55个发生显著变化，其中促进髓鞘形成的ITGB1 表达水平显著下降；而在抑郁组中没有观察到髓鞘合成相关基因的普遍下调，表明虐待儿童造成抑郁自杀与髓鞘基因转录受损显著相关。
3. 童年虐待组大脑前扣带皮层白质中髓鞘发生改变
一方面研究者通过使用 CARS 显微镜对髓鞘进行了高通量形态学分析，仅虐待组的髓鞘平均厚度和轴突直径显著减小，g 比率（髓鞘的内径和外径的比率）显著增加；另一方面研究者观察到仅虐待组大脑前扣带皮层白质中少突胶质细胞密度显著降低，但少突胶质细胞祖细胞的增殖未受影响。表明童年虐待组大脑前扣带皮层白质中髓鞘形成受损，验证了前期的测序分析结果。

四、研究结论

该研究表明童年期虐待在一定程度上可通过影响特定脑区少突胶质细胞表观遗传学的再编辑，进而持续破坏皮质髓鞘形成。作为大脑完整性的一个基本特征，髓鞘形成进程的破坏可能导致行为调控异常及人际交往的种种困难，最终升高抑郁及自杀的风险。

参考文献

Lutz P E, Tanti A, Gasecka A, et al. Association of a History of Child Abuse With Impaired Myelination in the Anterior Cingulate Cortex: Convergent Epigenetic, Transcriptional, and Morphological Evidence[J]. American Journal of Psychiatry, 2017:appi.ajp.2017.1.

案例一 非洲裔美国患者膀胱肿瘤中的 DNA 甲基化模式指出异生物质代谢的明显改变

案例二 童年期虐待与前扣带皮层髓鞘受损的关联：融合表观遗传学、转录组学和形态学特征

案例一非洲裔美国患者膀胱肿瘤中的 DNA 甲基化模式指出异生物质代谢的明显改变

案例二童年期虐待与前扣带皮层髓鞘受损的关联：融合表观遗传学、转录组学和形态学特征