【原】The methylome: approaches for global DNA methylation profiling.

The methylome: approaches for global DNA methylation profiling.

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|核心内容：

DNA甲基化在健康和疾病的基因组功能中都起着至关重要的作用。

在发现5-甲基胞嘧啶近60年后，也就是在发现DNA甲基化改变在疾病中起作用的大约25年后，首次确定了完整基因组（拟南芥）的第一个高分辨率DNA甲基化图谱(或甲基组)。

虽然只有哺乳动物基因组典型大小的大约20%，但这一里程碑表明，人类和类似大基因组的甲基组现在已经触手可及。

在这里，我们回顾了当前和新兴的技术，这些技术有望提供第一个哺乳动物甲基组，并促进基本上任何类型的细胞在发育、疾病和环境方面的全面分析。

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Figure 1. Past and predicted methylome analysis milestones for current and potential future approaches.  The images have been reproduced with permission from the Wellcome Trust (for imaging-based) and Nature Genetics (for gel-based and array-based).

DNA 甲基化是一个高度动态的生物分子，其调控的多样性和复杂性反映了 DNA 甲基化谱的年龄。

例如，在哺乳动物中，核 DNA (基因组)被组织成染色体，而染色体又被组织成一个高阶结构(染色质) ，以允许不同的细胞和发育特定的转录程序从同一基因组执行。

在很大程度上，这是通过 DNA 和蛋白质(组蛋白)水平上的表观遗传修饰与染色质重塑复合体共同介导的，以定义基因组的活性和抑制区域。

这些修饰需要添加或去除化学基团，导致，例如，在 DNA 水平上的甲基化或去甲基化，以及在组蛋白水平上类似的可逆变化，包括甲基化、乙酰化和其他修饰。

DNA 甲基化是 DNA 甲基转移酶催化胞嘧啶(5mC)碳5位的 DNA 甲基化反应。它是所有表观遗传修饰中最稳定的，最早于1948年被发现。随后，DNA 甲基化被认为在调节基因表达[4,5]和疾病病因学中发挥重要作用，尤其是在癌症中。CpG 岛的发现(与启动子相关并富含胞嘧啶鸟苷二核苷酸的序列与基因组平均值相比)提示了表观遗传调控的候选区域。

DNA 甲基化主要发生在 CpG 位点，但不是唯一发生的。

在非 cpg 位点[9,10]也观察到低水平的胞嘧啶甲基化，但这些可能仅限于某些类型的细胞(例如胚胎干细胞) ，这里将不进一步讨论。CpG 位点的 DNA 甲基化是导致雌性哺乳动物 x 染色体失活、起源亲本特异性基因表达(印迹)和哺乳动物发育过程中的表观遗传重编程等现象的潜在机制。

在过去的十年中，已经开发了许多用于甲基化分析的方法。从本质上讲，这些技术可以分为两类，分类和分析技术，它们都适合于高吞吐量应用程序。

分型技术通常用于少数位点需要在多个样本中进行检测的情况; 为此已开发了多种基于聚合酶链式反应、限制性内切酶和质谱法的分型技术。

1. 基于凝胶的甲基化分析

1991年限制性里程碑基因组扫描(RLGS)的发展是第一种全基因组分析方法，它允许从甲基化发生变化的基因组位置获得一些位置信息。 这是通过使用甲基化敏感的内切酶来实现的，该酶优先切割在某些基因组区域，如CPG岛，或计算预测相应的限制性片段，其中基因组序列是可用的。

2. 基于阵列的甲基化分析

1990年代中期微阵列的发展是功能基因组学革命背后的主要因素之一。随后的技术进步为甲基样品分析打开了大门。我们在这里使用“甲基化”一词是有意自由的，因为对于许多基因组来说，完整的序列既不可行，也不适合用目前的方法进行分析。对于典型哺乳动物基因组的阵列分析，这相当于50%。

3. 基于测序的甲基化分析

虽然我们对这一术语的看法发生了变化，但“基因组测序”是第一种基于测序的检测5-甲基胞嘧啶的方法。

4. 亚硫酸盐PCR测序

第一种方法需要开发一条用于PCR片段高通量亚硫酸盐测序的综合管道，从而消除了对亚克隆步骤的事先要求.

5. 减少了亚硫酸氢盐测序

第二种方法，称为减少表示亚硫酸盐测序(RRBS)，涉及限制和大小选择(例如。基因组DNA的500到600bp窗口)，然后加入连接剂，亚硫酸氢盐转化，PCR扩增和克隆           

6. 甲基化和非甲基化基因组结构域的配对末端测序

鉴于获得所需的能力，第三种方法基本上允许无偏的全基因组分析。它涉及使用来自大肠杆菌的酶复合物(McrBC)将基因组分馏成甲基化结构域，该酶复合物利用甲基化敏感的内切酶(TaiI、BstUI、HhaI、HpaII和AciI)在m5C-N40-500-m5C型甲基化半位点和非甲基化结构域之间降解DNA)

原文摘要：

DNA methylation plays a critical role in genome function both in health and disease. Almost 60 years after the discovery of 5-methyl cytosine and approximately 25 years since the discovery that altered DNA methylation plays a role in disease, the first high-resolution DNA methylation profile (or methylome) of any genome--Arabidopsis thaliana--was determined. Although only approximately 20% of the typical size of mammalian genomes, this milestone demonstrated that the methylomes of the human and similarly large genomes are now within reach. Here, we review current and emerging technologies that hold promise to deliver the first mammalian methylome and to facilitate comprehensive profiling of essentially any cell type in the context of development, disease and the environment.

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参考文献：https:///10.1016/j.tig.2008.01.006

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