首先甲基化是表觀修飾的一種
所以首先需要搞清楚什么是表觀修飾篷角，表觀遺傳學揍拆，以及為什么關(guān)注DNA甲基化這其中一種表觀修飾长搀！
表觀遺傳修飾是指對基因組功能的相關(guān)修飾遮糖，通過一系列生物學修飾改變基因的活性而不是DNA的核苷酸序列影響基因的表達麻汰。對基因組功能的相關(guān)修飾主要包括對**DNA速客、RNA、以及組蛋白等的修飾五鲫，這些修飾改變了染色質(zhì)的局部電化學特性和構(gòu)象溺职，從而調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄活性。
其中對組蛋白修飾主要是究方法通常是chip-seq技術(shù)位喂，我們已經(jīng)在生信技能樹發(fā)布了系統(tǒng)性的chip-seq教程浪耘，這里就不再贅述。組蛋白是染色質(zhì)的重要組成部分塑崖，主要分為H2A七冲、H2B、H3规婆、H4澜躺，與DNA纏繞可形成核小體。組蛋白修飾是在組蛋白N末端的氨基酸殘基上發(fā)生的共價修飾抒蚜，主要包括甲基化掘鄙、乙酰化嗡髓、泛素化操漠、磷酸化、羰基化饿这、糖基化等浊伙。
因為從定義上看不直接改變DNA的調(diào)控方式都是表觀，所以理論上我們前面提到的lncRNA系列长捧，miRNA系列嚣鄙，以及circRNA系列，也是表觀遺傳學范疇串结。但是我們這個專輯的主角是甲基化拗慨，雖然說mRNA也有**m6A**和m5C這樣的修飾廓八，不過我們這里仍然是把專輯寫作局限在**DNA的甲基化**。
DNA甲基化是表觀遺傳學領(lǐng)域一個重要的研究方向赵抢，真核生物中最常見的DNA修飾非5-甲基胞嘧啶（5mC）莫屬了剧蹂，然而在原核生物中最常見的DNA修飾方式則為N6-methyladenine (6mA)，即腺嘌呤第6位氮原子甲基化修飾烦却。
人類是真核生物宠叼，所以當然是5mC的DNA甲基化形式的檢測咯。人的參考基因組約30億堿基其爵，上面不到1%是 CpG位點冒冬，可以被甲基化，也就是說不到3千萬個 CpG 位點摩渺。這些 CpG 位點中简烤，大約 60~80% 被甲基化。主要是而啟動子等特殊區(qū)域存在 未被甲基化的CpG 島摇幻，那些區(qū)域的CpG 位點比較富集横侦。目前研究表明，腫瘤細胞的甲基化水平平均是低于正常細胞的绰姻。
亞硫酸鹽是甲基化探測的“金標準”枉侧，不管是芯片或者甲基化測序，都要先對DNA樣品進行亞硫酸鹽處理狂芋，使非甲基化的C變成U榨馁，而甲基化的C保持不變，從而在后續(xù)的測序或者雜交后區(qū)分出來帜矾。
DNA甲基化檢測手段
關(guān)于DNA甲基化檢測手段介紹翼虫，我覺得Make Decision: DNA甲基化檢測方法，哪一款適合你屡萤？ 寫的就足夠好了珍剑。同樣的，早期研究以芯片為主灭衷，從成本的角度來看次慢，也是芯片為主旁涤，但是測序數(shù)據(jù)更豐富翔曲。
甲基化芯片
可選的甲基化芯片產(chǎn)品就少很多，絕大部分是illumina公司產(chǎn)品的劈愚，從27K到450K到850K甲基化芯片瞳遍。比較好的介紹是：Illumina 琪先生 2018-07-17的 一文了解 MethylationEPIC 850K 甲基化芯片
Infinium MethylationEPIC BeadChip芯片包含了原先的Infinium Methylation450 BeadChip芯片90%以上的內(nèi)容，這種選擇可提供一種廣泛菌羽、全面的甲基化組圖譜掠械。而且還靶定了ENCODE計劃中確定為潛在增強子的區(qū)域，還有FANTOM5計劃在各種組織類型中確定出的增強子。詳細如下：
Infinium MethylationEPIC BeadChip芯片的數(shù)據(jù)分析是由GenomeStudio Methylation Module模塊所支持猾蒂，讓研究人員能夠?qū)π∫?guī)模研究開展差異甲基化分析均唉。GenomeStudio軟件2011.1版特有高級可視化工具，讓研究人員能夠在單幅圖中查看大量的數(shù)據(jù)肚菠，如熱圖舔箭、散點圖和線圖
甲基化測序
甲基化檢測方法多達上百種，哪怕是基于NGS的測序技術(shù)蚊逢，也有BS-Seq层扶、MeDIP-Seq、RRBS-Seq烙荷、WGBS镜会、MBD-Seq、SMRT 等终抽，我發(fā)現(xiàn) 何聰聰 諾禾科服 2016-09-10 介紹的比較齊全戳表，摘抄送給大家，原文在：DNA甲基化研究方法速遞
WGBS（Whole Genome Bisulfite Sequence）全基因組甲基化測序拿诸，利用重亞硫酸氫鹽使DNA中未發(fā)生甲基化的胞嘧啶(C)脫氨基轉(zhuǎn)變成尿嘧啶(U)扒袖，而甲基化的胞嘧啶保持不變，然后通過PCR將U變?yōu)锳亩码，僅有甲基化的C可以成功保留季率，最后通過測序就可判斷CpG位點是否發(fā)生甲基化。
簡化甲基化測序 (Reduced representation bisulfite sequencing, RRBS)是一種準確描沟、高效飒泻、經(jīng)濟的DNA甲基化研究方法，通過酶切 (Msp I) 富集啟動子及CpG島區(qū)域吏廉，并進行Bisulfite測序泞遗，同時實現(xiàn)DNA甲基化狀態(tài)檢測的高分辨率和測序數(shù)據(jù)的高利用率。作為一種高性價比的甲基化研究方法席覆，簡化甲基化測序在大規(guī)模臨床樣本的研究中具有廣泛的應用前景史辙。
oxBS-Seq（oxidativ ebisulfite sequencing）化學氧化結(jié)合重亞硫酸鹽測序，在哺乳動物中佩伤，5mC 可以在TET酶的作用下轉(zhuǎn)換成 5hmC聊倔，而傳統(tǒng)的 WGBS 方法不能區(qū)分 5mC 和 5hmC。oxBS-Seq 技術(shù)先將 5hmC 氧化為甲跎玻基修飾（5fC）耙蔑，進而被重亞硫酸鹽處理轉(zhuǎn)換為U，從而排除了 5hmC 的干擾孤荣，實現(xiàn) DNA 甲基化的精準檢測甸陌。
RRHP（Reduced Representation 5-Hydroxymethylcytosine Profiling）DNA 羥甲基化须揣，即 DNA 甲基化中的5-甲基胞嘧啶易發(fā)生氧化形成5-羥甲基胞嘧啶。Msp I 酶切完之后钱豁，末端修復耻卡，加上接頭，然后 β-GT 反應將 5hmC 進行糖基化保護牲尺，無法被 Msp I 酶識別劲赠；然后進行再次酶切，與常規(guī)的 C 以及 5mC 相連的 P5 接頭均被切下來秸谢，最后僅有含 5hmC 的片段含有兩端接頭凛澎，可以被擴增后建庫測序。
MeDIP（Methylated DNA Immunoprecipitation Sequencing） 甲基化 DNA 免疫共沉淀測序估蹄，先通過與5mC特異性結(jié)合的抗體加入到變性的基因組DNA片段中塑煎，富集胞嘧啶甲基化的基因組片斷，然后對富集的片段進行高通量測序臭蚁。
我們我們介紹甲基化測序數(shù)據(jù)的一般分析流程的時候最铁，主要是針對WGBS技術(shù)的數(shù)據(jù)。
改進版甲基化測序
BS-Seq（亞硫酸氫鹽測序）有兩個缺點：
首先采用的化學物質(zhì)極具破壞性垮兑，其會降解所接觸到的99%的DNA冷尉，稀有樣品不適用。
另外系枪，僅會間接檢測5mC和5hmC雀哨，其會將未修飾的胞嘧啶轉(zhuǎn)化為一種稱為尿嘧啶的堿基，同時保留甲基化胞嘧啶的完整性私爷，這就顯得效率非常低且需要進行大量計算雾棺。
針對這兩個缺陷，科研界一直在嘗試研發(fā)改進方法衬浑。
復旦大學于文強教授團隊開發(fā)出了一種新的全基因組檢測的方法 GPS捌浩。該方法利用 T4DNA 聚合酶的 3′-5′外切酶活性和 5′-3′聚合酶活性，使得雙端測序的一端是基因組原序列工秩，另一端是轉(zhuǎn)化后的表觀序列尸饺。該方法極大提高了比對效率和準確性。
低通量的DNA甲基化檢測
當然了助币，也是可以用低通量手段浪听，專注特異性位點甲基化檢測，有：
甲基化特異性 PCR
亞硫酸氫鹽測序 PCR
焦磷酸測序
質(zhì)譜檢測
比如發(fā)表在BMC Med. 2009 Oct 的文章Genomic and epigenetic evidence for oxytocin receptor deficiency in autism.里面Gregory等研究者通過亞硫酸氫鹽測序的方法對119例ASD患者和119名健康人進行了DNA甲基化分析奠支，分析了與調(diào)節(jié)OXTR表達相關(guān)的CPG在外周血和顳葉皮質(zhì)的甲基化水平馋辈，發(fā)現(xiàn)ASD患者的CPG甲基化水平在外周血和顳葉皮質(zhì)均較健康人明顯升高抚芦。這個研究里面的bisulfite sequencing (BSS)就是低通量倍谜，僅僅是關(guān)注感興趣的基因而已：
DNA甲基化的生物學意義
生物學意義迈螟，通常是建議大家看教科書吧，DNA甲基化是最早被發(fā)現(xiàn)的表觀遺傳修飾途徑之一尔崔，參與許多重要的細胞過程答毫，如基因組印記、X染色體滅活季春、轉(zhuǎn)錄抑制洗搂、胚胎發(fā)育等，與精神分裂癥载弄、Rett綜合征耘拇、腫瘤等多種疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。
尤其是我感興趣的腫瘤中普遍存在DNA甲基化狀態(tài)的改變宇攻，其特點是總體甲基化水平的降低與局部甲基化水平的升高惫叛。在腫瘤細胞中，癌基因處于低甲基化狀態(tài)而被激活逞刷，抑癌基因處于高甲基化狀態(tài)而被抑制嘉涌。
腫瘤領(lǐng)域前景廣大
比如：DNA甲基化與腫瘤風險預測
- 大家可以自行閱讀2018年2月《NATURE REVIEWS CLINICAL ONCOLOGY》發(fā)表了題為“Epigenome-based cancer risk prediction: rationale, opportunities and challenges”的綜述，指出基于表觀遺傳夸浅，特別是DNA甲基化的檢測仑最，能夠滿足腫瘤風險預測的各項需求。
再比如：DNA甲基化推進腦腫瘤的精準分型
- 文章是：DNA methylation-based classification of central nervous system tumours.Nature. 2018帆喇，研究者開發(fā)機器學習程序警医，訓練參照數(shù)據(jù)采用德國腫瘤國家中心（NCT）的2801名癌癥患者的DNA甲基化實驗數(shù)據(jù)（DNA甲基化芯片結(jié)果）。這些患者涵蓋了各種腦腫瘤類型和各年齡階段坯钦。經(jīng)過訓練后通過DNA甲基化指紋可以鑒定82種腦腫瘤和9種對照組織法严。研究者還開發(fā)了免費在線工具供大家使用Molecular Neuropathology 2.0 （http://www.kitz-heidelberg.de/molecular-diagnostics）
植物學也有研究報道
隨便微信公眾號搜索了一下，發(fā)現(xiàn)大豆葫笼，柑橘深啤，小麥，花菜都有報道路星，如下：
中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所田志喜研究組等研究組對包括9個野生種溯街、12個農(nóng)家種和24個栽培種在內(nèi)的45個大豆品種進行了全基因組甲基化測序及分析，發(fā)現(xiàn)從野生種到農(nóng)家種的馴化過程和從農(nóng)家種到栽培種的改良過程中分別鑒定到4248個和1164個DNA甲基化水平發(fā)生變化的差異甲基化區(qū)間（Differentially Methylated Regions洋丐，DMRs）呈昔。發(fā)表于Genome Biology雜志（DOI:10.1186/s13059-018-1516-z）
植物生理生態(tài)研究所上海植物逆境生物學研究中心郎曌博研究組題為Global increase in DNA methylation during orange fruit development and ripening 的研究論文，該研究揭示了DNA甲基化在柑橘果實成熟過程中的調(diào)控作用友绝。該研究通過整合分析五個成熟時期柑橘全基因組DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)(A)堤尾，發(fā)現(xiàn)柑橘成熟過程中DNA甲基化明顯上升，這種變化與番茄成熟過程DNA甲基化水平下降呈相反的變化趨勢迁客。
2015年發(fā)表在genome biology上的一篇關(guān)于小麥基因組甲基化的研究郭宝。文章的題目是“A genome-wide survey of DNA methylation in hexaploid wheat”辞槐，從萌發(fā)后7天的中國春幼苗中提取基因組總DNA，其中三個在12℃生長粘室，三個在27℃生長榄檬。基因組DNA富集衔统，亞硫酸氫鹽處理鹿榜，測序，使用Bismark映射到參考序列锦爵。
BMC Plant Biology在線發(fā)表了南開大學生命科學學院王春國課題組題為“Transcriptomeand DNA methylome reveal insights into yield heterosis in the curds ofbroccoli(Brassica oleracea L var. italic)”的論文舱殿。該論文發(fā)現(xiàn)了不同表達基因、DNA甲基化修飾在花球產(chǎn)量雜種性狀形成中的調(diào)控過程和可能作用险掀。這些發(fā)現(xiàn)為花椰菜花球產(chǎn)量雜種優(yōu)勢研究提供了全面的視角怀薛，對選育高產(chǎn)花椰菜品種具有重要意義。
還有番茄迷郑，玉米的研究枝恋，大家自行檢索深入學習哦。
當然嗡害，更值得一讀的是2018年5月焚碌，Nature Reviews Molecular Cell Biology 發(fā)表的中國科學院上海植物逆境生物學研究中心朱健康研究員、張惠明研究員與郎曌博研究員共同完成的題為“Dynamics and function of DNA methylation in plants”的綜述文章霸妹。 系統(tǒng)的討論了植物中DNA甲基化過程十电。
表觀修飾相關(guān)的酶通常是藥物開發(fā)重點
人體內(nèi)，DNA甲基轉(zhuǎn)移酶主要有四種：DNMT1叹螟、DNMT3A鹃骂、DNMT3B和DNMT3L。
在DNA復制完成后罢绽，DNMT1是催化甲基轉(zhuǎn)移至新合成的DNA鏈上畏线，這一現(xiàn)象稱為維持甲基化；
DNMT3A和DNMT3B負責催化核酸鏈上新的甲基化位點發(fā)生反應良价，稱為形成甲基化寝殴；
DNMT3L不具有甲級轉(zhuǎn)移酶活性，其主要作用是調(diào)節(jié)其他甲基轉(zhuǎn)移酶的活性明垢。
因為藥物研發(fā)也不是我的領(lǐng)域蚣常，這里略~~~
五大甲基化公共數(shù)據(jù)庫
隨著高通量生物技術(shù)（芯片、測序技術(shù)）的不斷更新發(fā)展痊银，高通量的DNA甲基化數(shù)據(jù)不斷涌現(xiàn)抵蚊，一些大型國際合作的生物大數(shù)據(jù)計劃產(chǎn)生了Pb（petabyte）數(shù)量級的甲基化譜。由多個國家和地區(qū)的研究機構(gòu)組成的“國際人類表觀基因組同盟”（International Human Epigenome Consortium，簡稱IHEC）為了研究與人類健康和包括癌癥在內(nèi)的復雜疾病相關(guān)的細胞狀態(tài)產(chǎn)出了超過1000個表觀基因組的數(shù)據(jù)
由美國NIH資助的“表觀組學線圖計劃” (Roadmap Epigenomics Mapping Consortium贞绳，簡稱
Roadmap)產(chǎn)出了367個人類主要組織和細胞類型的DNA甲基化圖譜歐洲“血液表觀基因組項目”（BLUEPRINT of Haematopoietic Epigenomes谷醉，簡稱
BLUEPRINT）產(chǎn)出了與人類復雜疾病相關(guān)的82個不同血液細胞的DNA甲基化圖譜。“DNA元件百科全書”計劃（The Encyclopedia of DNA Elements熔酷，簡稱
ENCODE）是繼"人類基因組計劃"后又一大型國際合作項目，來自世界各國32個研究機構(gòu)對206個人類不同的細胞系和組織進行了DNA甲基化水平的測定豺裆。“國際癌癥基因組聯(lián)盟”（The International Cancer Genome Consortium拒秘，簡稱
ICGC，旨在從基因組臭猜、表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組等多維數(shù)據(jù)層面研究癌癥的發(fā)生和發(fā)展躺酒，ICGC產(chǎn)出了涉及27種常見癌癥的9000多個樣本的DNA甲基化數(shù)據(jù)，美國癌癥基因組圖集（The Cancer Genome Atlas蔑歌，簡稱TCGA）旨在從基因組羹应、表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組等多維數(shù)據(jù)層面研究癌癥的發(fā)生和發(fā)展，TCGA產(chǎn)出了涉及34種癌癥類型的10000多個樣本的DNA甲基化數(shù)據(jù)次屠，并且保留了癌癥患者詳細的臨床數(shù)據(jù)資料园匹，為生存分析提供了大量的數(shù)據(jù)資源。
