导读：近日，复旦大学联合湖南大学研究团队在Genome Research发表文章，报道了一种新的全基因组DNA甲基化检测方法。探基学院特邀文章第一作者复旦大学李晋博士亲临“开讲啦，一作！”栏目，对该研究成果进行深度解读！3月7日20:00，正式开讲！

异常DNA甲基化模式是癌症的显著特征之一，DNA甲基化已被用作疾病诊断和风险检测的生物标志物。已经表明，启动子中高水平的甲基化可能诱导基因沉默，并与基因表达增加有关。但DNA甲基化与启动子之间的关系到底如何？异常DNA甲基化又是如何影响肿瘤发生和转移过程的基因表达？想要弄清楚以上问题，我们迫切需要进一步开发优化当前DNA甲基化测序分析方法，提高检测精确度和成本效益。

近日，复旦大学于文强、吴飞珍课题组联合湖南大学彭绍亮课题组共同开发了一种新的DNA甲基化测序方法：导航定位测序（Guide Positioning Sequencing，GPS）。经验证，GPS检测胞嘧啶覆盖率高达96%，可无偏倚覆盖GC富集区域和重复序列，进行全基因组DNA甲基化的精确检测。此外，与WGBS相比，GPS可同时检测全基因组DNA甲基化和基因组变异方面，并且具有更高的准确性和效率，是一种功能强大的检测工具。相关研究成果发表在Genome Research上。

据悉，GPS方法的开发历时八年才完成。该方法中双端测序的第一部分是原始DNA序列测序，第二部分是亚硫酸氢盐转化序列测序。由于第一部分测序结果可以精确地映射到参考基因组，因此可以作为第二步的“向导”。该研究团队最终开发的GPS具有较高的DNA甲基化覆盖率，并能检测到全基因组特异性甲基化。

图1. GPS用于DNA甲基化检测的工作流程示意图

在人类正常肝细胞全基因组DNA甲基化测序试验中，GPS的CpG位点覆盖率为97％，胞嘧啶覆盖率为96％，表明GPS是检测CpG和非CpG甲基化的有效方法。为了验证GPS检测到的甲基化，研究人员选择了具有不同甲基化水平的基因序列，通过亚硫酸氢盐TA克隆测序和亚硫酸氢盐焦磷酸测序进行了确认。结果表明，GPS在全基因组DNA甲基化检测方面具有较高的准确性。

WGBS是目前DNA甲基化测序的“金标准”，该方法能够到全基因组范围内单碱基分辨率的甲基化信号。但由于WGBS测序成本高、有效数据量低，其推广使用都受到了极大地限制。该研究中，研究团队将GPS与WGBS进行了比较。

图2. GPS与WGBS性能比较

研究结果显示，在相同亚硫酸氢盐转化读数下，GPS检测到的CpG位点比WGBS更多，分布与原始基因组CpG分布更相似；GPS比WGBS的覆盖率高15～20%，包括GC富集区域和重复序列。同时，研究团队还比较了两者在遗传变异检测方面的差异，发现GPS检测到的遗传变异也比WGBS多。比较结果表明，GPS不仅能够准确地检测DNA甲基化，而且还能准确地检测基因变异，同时获得基因组和表观基因组信息，有助于分析研究基因组和表观基因组之间的关联，例如等位基因特异性甲基化。

图3. 与异常DNA甲基化相关的免疫监测和肿瘤代谢相关基因

研究团队利用GPS研究了DNA甲基化模式与肿瘤转移和免疫监测的关系。结果显示，启动子或增强子中的甲基化边界移动（Methylation Boundary Shift，MBS）可以调控免疫和肿瘤代谢相关基因的表达，表明肿瘤细胞可能通过DNA甲基化沉默免疫相关基因表达来逃脱免疫网络的监测。此外，DNA甲基化异常引发的组织特异性增强子转换，导致了肝癌发展过程中细胞身份的转换，以及肝癌的特异性肺转移，表明异常的DNA甲基化与细胞转换、免疫监测网络有关，并有可能促进肿瘤发生和转移，这为了解肿瘤转移的机制提供了新见解。

DNA甲基化是表观遗传学的核心组成。近年来，DNA甲基化研究已经成为探索肿瘤发生发展、转移和复发机制以及开发新抗肿瘤策略的热门研究领域。随着研究的深入，人们对于DNA甲基化测序技术的要求也越来越高。GPS技术的开发，成功解决了目前DNA甲基化检测技术的部分不足。此外，GPS可以同时检测基因组信息和表观遗传信息，这对DNA有限的样本检测（例如单细胞）非常重要。相信随着DNA甲基化测序技术以及其他测序技术的不断改进完善，人们对肿瘤的认识也将更加深入。终有一天我们将不再“谈癌色变”。

3月7日20:00，本文第一作者复旦大学李晋博士将亲临探基学院“开讲啦，一作！”栏目，对该研究成果进行深度解读！扫描下方二维码，一起学习新型全基因组DNA甲基化检测方法以及在肝癌中的应用。