Nature子刊：基于纳米孔的新甲基化检测技术

Mayo诊所与Illinois大学的研究人员合作，开发出了一种检测甲基化DNA的新单分子检测技术，这种技术以固态的纳米孔为基础。文章发表在Nature旗下的Scientific Reports杂志上。

表观遗传学修饰可以不改变基因编码，而影响基因的开启或关闭。甲基化是表观遗传学修饰的一个重要途径，细胞通过给DNA链添加甲基来调控基因表达。真核生物的基因组中，表观遗传学修饰主要以5-甲基胞嘧啶（5 mC）的形式存在。在包括癌症在内的多种疾病中，这些修饰与转录抑制、基因表达、疾病的发生和发展有着重要关联。

“近年来，人们开始研究用纳米孔进行基因组测序和筛选分析。而我们的这种新技术特别适用于研究表观遗传学相关疾病，可以免除一些现有方法中的必要步骤，”该研究的共同领导者，Mayo诊所的George Vasmatzis博士说。他指出，基于纳米孔的甲基化检测技术，不需要对DNA进行重亚硫酸盐转化、荧光标记和PCR。

“我们采用了更薄的膜和相应的制备步骤，来提高空间分辨率”另一位研究领导者，Illinois大学的Rashid Bashir教授说。

在这一技术中，研究人员利用人工薄膜上的纳米级小孔，来实现对单个分子的鉴别。他们用MBD1（MBD-1x）蛋白对甲基化位点进行选择性标记。与未甲基化的DNA相比，蛋白-甲基化DNA复合体所引起的离子阻塞电流（ionic blockage current）增加了三倍。由此人们可以通过检测纳米孔的离子电流，来鉴别甲基化和非甲基化DNA。

研究显示，在只有一个蛋白结合的情况下，该技术也可以成功分辨甲基化和非甲基化的DNA。这说明以纳米孔为基础的单分子甲基化检测技术，可以使检测分辨率达到单个甲基化CpG二核苷酸。此外，该技术还可以对目标分子的甲基化程度进行粗略定量。

在绝大多数癌症中，启动子序列的甲基化能够体现肿瘤的发展情况，是比许多基因指标更具优势的生物学指标。研究人员强调，基于纳米孔的甲基化检测技术无需重亚硫酸盐转化、荧光标记和PCR，因此在研究人类疾病中的表观遗传学作用时非常有用。

原文链接：

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Detection and Quantification of Methylation in DNA using Solid-State Nanopores

Epigenetic modifications in eukaryotic genomes occur primarily in the form of 5-methylcytosine (5 mC). These modifications are heavily involved in transcriptional repression, gene regulation, development and the progression of diseases including cancer. We report a new single-molecule assay for the detection of DNA methylation using solid-state nanopores. Methylation is detected by selectively labeling methylation sites with MBD1 (MBD-1x) proteins, the complex inducing a 3 fold increase in ionic blockage current relative to unmethylated DNA. Furthermore, the discrimination of methylated and unmethylated DNA is demonstrated in the presence of only a single bound protein, thereby giving a resolution of a single methylated CpG dinucleotide. The extent of methylation of a target molecule could also be coarsely quantified using this novel approach. This nanopore-based methylation sensitive assay circumvents the need for bisulfite conversion, fluorescent labeling, and PCR and could therefore prove very useful in studying the role of epigenetics in human disease.

来源：生物通