Neue Methode fördert die Untersuchung der Regulation der Genaktivität

Eine Möglichkeit, wie Zellen die Aktivitäten ihrer Gene kontrollieren können, besteht darin, der DNA kleine chemische Modifikationen hinzuzufügen, die bestimmen, welche Gene ein- oder ausgeschaltet werden. Methylgruppen sind eine dieser chemischen Modifikationen oder Markierungen. Forscher haben herausgefunden, dass die DNA-Methylierung in Bakterien eine Rolle bei der Regulierung von Virulenz, Reproduktion und Genexpression spielt. In anderen Organismen, einschließlich des Menschen, ist die DNA-Methylierung für die Regulierung der gewebespezifischen Genexpression unerlässlich, die die Natur einer Zelle definiert, beispielsweise ob es sich um eine Hautzelle oder eine Gehirnzelle handelt.

„Das Studium der DNA-Methylierung ist Teil des Gebiets der Epigenetik. Es ist wichtig, weil es uns hilft zu verstehen, warum eine bestimmte Art von Bakterien eine schwerere Krankheit verursacht als eine andere oder wie sich eine normale Zelle verändern und Krankheiten hervorrufen kann, wie z Krebs“, sagte der korrespondierende Autor Dr. Tao Wu, Assistenzprofessor für Molekular- und Humangenetik am Baylor College of Medicine. Das Wu-Labor ist ein Krebs-Epigenetik-Labor. Langfristiges Ziel ist es, die therapeutische Resistenz gegen Krebs zu überwinden, indem die Rolle der Epigenetik bei dieser Krankheit besser verstanden wird.

Bei Bakterien gibt es drei verschiedene Formen der DNA-Methylierung. Die häufigste ist eine, die die DNA-Base oder den Baustein Adenin (N6-Methadenin oder 6mA) markiert. Die anderen beiden markieren die DNA-Base Cytosin (N4-Methylcytosin oder 4mC und 5-Methylcytosin oder 5mC). Obwohl es viele Methoden gibt, um die DNA-Methylierung zu untersuchen, können einige wenige die drei Typen gleichzeitig effizient abbilden, erklärte Wu.

„Es wurde angenommen, dass andere Organismen als Bakterien, einschließlich Säugetiere, meist nur Methyl-Cytosin-Tags – die 5 mC – verwenden, um die Genaktivität zu regulieren. Aber 2016, als ich an der Yale University war, berichteten wir darüber Natur die Entdeckung, dass DNA 6mA auch in Säugetieren vorhanden ist“, sagte Wu.

Die traditionellen Methoden zur Untersuchung von 5 mC erfassen die Adeninmethylierung in Säugetiergeweben nicht. „Dies hat uns motiviert, eine neuartige Methode zu entwickeln, um nicht nur 6 mA, sondern auch 4 mC und 5 mC zu profilieren“, sagte Wu.

In der aktuellen Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Genombiologieberichten Wu und seine Kollegen über die Entwicklung einer auf Chemikalien basierenden Sequenzierungsmethode zur gleichzeitigen Quantifizierung verschiedener epigenetischer Marker. Ihre Methode namens NT-seq, kurz für Nitritbehandlung gefolgt von Sequenzierung der nächsten Generation, ist eine Sequenzierungsmethode zum Nachweis mehrerer Arten von DNA-Methylierung im gesamten Genom. Das Verfahren kann auch begrenzte klinische Proben amplifizieren, was andere Verfahren nicht können.

„Wir zeigen, dass NT-seq 6 mA, 4 mC und 5 mC sowohl in bakteriellen als auch in nicht-bakteriellen Zellen, einschließlich Säugetierzellen, nachweisen kann“, sagte Wu. „Im Vergleich zu anderen Methoden ist NT-seq effizient, kostengünstig, schneller und hat eine hohe Auflösung. Einige seiner Einschränkungen sind spezifisch für die besondere Zusammensetzung einiger Genome. Wir haben in dem Papier Vorschläge, wie diese Einschränkung kompensiert werden kann. „

„Wir sind begeistert von NT-seq“, sagte Wu. „Es kann neue DNA-Methylierungsmuster oder -motive aufdecken, mit anderen Methoden erzielte Ergebnisse validieren, Datensätze für die Entwicklung von maschinellen Lernwerkzeugen für die Methylierungsanalyse generieren und den Weg ebnen, um die epigenetische Untersuchung der genomischen DNA 6mA in nichtbakteriellen Organismen, einschließlich Studien, voranzutreiben zur Epigenetik von Krebs.“