Ein neues genomisches Hochdurchsatz-Array bietet einen beispiellosen Einblick in das Maus-Epigenom und gibt Forschern einen tiefen Einblick in die Grundlagen von Gesundheit und Krankheit in einem lebenswichtigen Modellorganismus.
Das Array wurde von Wissenschaftlern des Van Andel Institute, des Children’s Hospital of Philadelphia und der University of Pennsylvania in Zusammenarbeit mit Illumina und FOXO Technologies entwickelt. Es enthält mehr als 296.000 Sonden, die die Vielfalt der murinen DNA-Methylierungsbiologie repräsentieren.
„DNA-Methylierung ist eine der Säulen der epigenetischen Forschung“, sagte VAI-Assoziierter Professor Hui Shen, Ph.D., Mitautor der Studie, die das Array beschreibt, die heute in veröffentlicht wurde Zellgenomik. „Dieses Array gibt Wissenschaftlern auf der ganzen Welt ein leistungsstarkes neues Werkzeug an die Hand, um die Rolle der Methylierung in normalen Prozessen und bei Krankheiten wie Krebs und vielen anderen zu verstehen.“
Seit den 1980er Jahren ist klar geworden, dass die Epigenetik in praktisch allen Aspekten von Gesundheit und Krankheit eine Rolle spielt. Diese Entdeckung hat zu einem wachsenden Feld geführt, das wichtige Einblicke in unzählige Krankheiten wie Krebs gebracht hat, von denen heute bekannt ist, dass sie sowohl durch genetische als auch durch epigenetische Fehler verursacht werden.
Das neue Array umfasst Marker für eine umfangreiche Liste biologischer Merkmale, darunter genomische Prägung, Alterung, Krebs, variabel methylierte Regionen, Keimzellentwicklung, Gewebespezifität, X-verknüpfte Sonden und epigenetische Uhren.
Die Entwicklung des Arrays wurde von Shen, VAI-Professor Peter W. Laird, Ph.D., Mitautor der Studie, und dem Assistenzprofessor Wanding Zhou, Ph.D. des Children’s Hospital of Philadelphia und der University of Pennsylvania, geleitet Postdoktorand in den Labors von Laird und Shen.
„Wir haben viele Lektionen aus der aktuellen und früheren Generationen von Human-Arrays gelernt und die Gesamtqualität des Sondendesigns verbessert“, sagte Zhou, der auch korrespondierender Autor der Studie ist. „Zum Beispiel haben wir die Sondenauswahl optimiert, um die vielfältige Biologie der DNA-Methylierung in Mäusen abzudecken und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit von Sondenmissbrauch und Artefakten zu minimieren. Das Array verfügt auch über Sondensets, die unter anderem eine vergleichende Epigenomanalyse zwischen Mensch und Maus ermöglichen werden Nagetiere.“
Mit dem Array können Wissenschaftler die Methylierung schneller und gründlicher untersuchen als mit früheren Methoden. Es ermöglichte dem Team, einen reichhaltigen Atlas von DNA-Methylierungsprofilen aus mehr als 1.200 Proben zu entwickeln, die verschiedene Zelltypen, Stämme und Pathologien repräsentieren. Bisher waren DNA-Methylierungsdaten verfügbar, aber nicht zentralisiert. Der durch das Array ermöglichte Atlas bietet Wissenschaftlern eine zentrale Ablage für diese kritischen Informationen. Darüber hinaus wurde das Array in das beliebte Bioinformatik-Tool SeSAMe implementiert.
Als Teil ihres Validierungsprozesses führte das Team auch Experimente aus den Anfängen der Epigenetikforschung erneut durch, wodurch die Treue zu den ursprünglichen Erkenntnissen deutlich wurde und viel schneller Ergebnisse erzielt wurden.
„Dieses neue Array ist ein absolut unverzichtbares Werkzeug, das eine Brücke zu neuen Durchbrüchen schlagen wird“, sagte Peter A. Jones, Chief Scientific Officer von VAI, Ph.D., D.Sc. (hon), ein international anerkannter Pionier der Epigenetik und Co-Autor der Studie. „Es hat uns ermöglicht, unsere Arbeit, die wir vor mehr als 40 Jahren durchgeführt haben, weiter zu validieren. Seine Geschwindigkeit, Tiefe und Effizienz wird es uns ermöglichen, die Entdeckung zu beschleunigen, indem wir genetische und epigenetische Veränderungen schneller und detaillierter als je zuvor identifizieren.“
Wanding Zhou et al, DNA-Methylierungsdynamik und Dysregulation, beschrieben durch Hochdurchsatz-Profiling in der Maus, Zellgenomik (2022). DOI: 10.1016/j.xgen.2022.100144