生物通 | 新技術專欄

潘道生物DNA甲基化活檢黑科技或助“滴血”測癌成為現實

【字體: 時間:2019年07月26日 來源:

編輯推薦:

  潘道科技自主研發了SmartCap Methyl -Seq技術(以下簡稱SCMS),該技術使用微量(低至10ng,一滴血約含200~300ng)的DNA即可對目標區域甲基化進行捕獲測序,且成本遠低于市場常規捕獲技術。

癌癥是威脅人類健康的重要疾病,癌癥早篩對于癌癥的預防和治療意義重大。DNA甲基化作為癌癥早期篩查的生物標志物[1],在早期癌癥檢測的靈敏度、準確性、成本效益以及區分癌種等方面都有巨大的發展潛力,為未來癌癥早篩及癌種診斷的非侵入性檢測帶來希望。而在癌癥甲基化研究中。如何更快速、更低價、更靈敏、更精準地獲取特定基因片段上準確的甲基化信息,一直是表觀科研工作者的持續關注點。


為了解決這一難題,建立一個適合臨床使用的DNA甲基化檢測方法,對各種方法分析DNA甲基化的效果進行深度評估。潘道科技自主研發了SmartCap Methyl -Seq技術(以下簡稱SCMS),該技術使用微量(低至10ng,一滴血約含200~300ng)的DNA即可對目標區域甲基化進行捕獲測序,且成本遠低于市場常規捕獲技術。通過評估多種方法分析DNA甲基化的效果,潘道科技的SCMS測序技術表現優良,為致力靶向DNA甲基化生物標志物研究的科研院所、醫院和公司提供有力的研究工具。

1. DNA甲基化與腫瘤發生的關系
DNA甲基化是表觀遺傳學的重要組成部分,胞嘧啶甲基化(5-mC)在改變基因的時空表達、染色質的重塑[2]、細胞分化、疾病發生等扮演著重要作用。DNA甲基化水平變化,包括CpG島局部的高甲基化和基因組DNA低甲基化狀態的改變[3],都可能導致細胞功能發生改變,進一步導致細胞癌變。


 

圖1. 腫瘤生成中的DNA甲基化改變模式 (取自Esteller M,Nat Rev Genet 2007, 8(4):286-298)

2. 現有DNA甲基化檢測技術局限性 
臨床甲基化檢測主要應用甲基化特異性PCR(Q-MSP)技術,其局限性主要有靈敏度低且只能進行定性分析,通量小。結合PCR和亞硫酸鹽轉化進行sanger測序作為一代DNA甲基化測序的“金標準”,其不足之處在于僅能檢測少量基因座、低通量、成本高 [2]。
雜交捕獲代表技術有Illumina的基因分型芯片EPIC 850K(Methylation Array)和羅氏為代表的的TBS液相捕獲SeqCap Epi系列方案。然而,亞硫酸鹽轉化聯合基因捕獲方法仍然存在一些不足:1.亞硫酸鹽轉化:損傷和降解DNA[4],造成DNA片段化和丟失,樣本高起始量(ug級);2.亞硫酸鹽文庫存在明顯的GC偏向性。3.雜交捕獲富集技術:檢測流程復雜,依靠多儀器設備、檢測周期長、價格昂貴,限制了其在液體活檢中的運用[5]。

3. SCMS技術介紹
為了克服上述問題,潘道科技通過技術研發及自主核心算法開發,現推出專注臨床甲基化應用的SmartCap Methyl -Seq技術(簡稱SCMS技術),具有捕獲覆蓋均一性好,起始量低至10ng,成本低,靈敏度高的特點。
SCMS技術流程:見圖2。
 

圖 2  SCMS檢測流程

通過在不同條件下測試SCMS,結果顯示,與TBS測序相比,其能夠更均勻低覆蓋CpG島和目標區域片段,并且更好檢測CpG位點信息。

SCMS采用全新活性蛋白轉化技術取代亞硫酸鹽處理,減少了DNA損傷,保持了片段完整性,同時降低了GC偏向性,再結合潘道研發的多重PCR擴增甲基化片段捕獲核心技術,去除了Dimer的干擾,可同時實現多個基因甲基化DMR同時檢測,基于該技術能夠產生高質量的NGS文庫,實現5mC高至1000X以上深度的可靠檢測,最低僅需10 ng基因組DNA起始量,可應用于cfDNA檢測等液體活檢領域。

4. SCMS技術特點:
1.)技術應用更靈活:為客戶提供個性化DNA甲基化Panel定制服務,支持不限物種的多基因聯合檢測;
2.)檢測結果更準確:創新的胞嘧啶轉化方法,徹底改變了傳統BS(亞硫酸鹽)技術對DNA的損傷,更完整的保存了DNA的多樣性,檢測結果更為準確可靠。
3.)檢測區域更大:自主研發的多重擴增體系,可完成幾十K到幾百K區域的甲基化區域檢測,,并達到單堿基分辨率,可應用于泛癌種篩查項目。
4.)靶向基因覆蓋更均勻:探針設計的核心算法,避免了Dimer產生,結合Dimer去除技術,提高了數據利用率和覆蓋均一性


 

圖 3  TBS和SCMS檢測技術數據利用率對比圖


 
圖 4  TBS和SCMS檢測技術覆蓋度對比

5.)DNA起始量更低:10ng起始量,使用少量石蠟切片即可檢測,同時可檢測外周血中頻率極低的ctDNA中甲基化水平,使多基因聯合早期篩查與預后實時監測成為可能。


 

圖 5   TBS和SCMS檢測技術起始量對比

6.)性價比更高:僅需市場捕獲測序三分之一的價格便可對大規模樣本進行科研或臨床測試,對有甲基化多基因聯合檢測的科研工作者來說是非常好的技術方案。


 

圖6   TBS和SCMS檢測技術價格對比

5. SCMS的應用方向
目前,多基因聯合檢測已成必然趨勢[7],潘道科技SCMS產品突破技術局限性,打造了低成本、低起始量,高靈活度,高準確性的檢測方案,應用方向有:1.)腫瘤早期篩查panel開發,泛癌種篩查[8-9];
2.)癌癥研究,如癌癥表觀藥物研發、尋找癌癥預后標志物(Biomarker)等[10];3.)科研服務,如標志物篩查、胚胎發育及組織分化篩查、表觀調控機制等[8]。

6. 參考案例
亞硫酸氫鹽擴增子測序技術定量檢測EBV相關鼻咽癌候選基因的DNA甲基化進行鼻咽癌篩查的研究[11]
Quantitation of DNA methylation in Epstein-Barr virus–associated nasopharyngeal carcinoma by bisulfite amplicon sequencing
本文采用亞硫酸鹽擴增測序(BAS)技術對9個鼻咽癌組織(NPC)和9個非癌鼻炎上皮組織(NNE )樣本中的7個候選基因甲基化率進行定量分析,結果顯示7個候選基因在NPC中顯示出顯著高于NNE組織的甲基化率,比率(NPC / NNE)按降序順序如下:ITGA4 > RERG > ZNF671 > SHISA3 > ZNF549 > CR2 > RRAD。并且,ITGA4,RERG和ZNF671的甲基化水平可以區分NPC患者和NNE受試者。如下圖7為候選基因ITGA4甲基化水平在NPC和NNE樣品中存在明顯差異,


 

圖7  NPC和NNE候選基因ITGA4甲基化率分析


圖8為關鍵候選基因ITGA4、RERG和ZNF671甲基化率可視化展示,該檢測能夠一目了然地區分NNE和NPC甲基化狀態差異。

 
圖8  NPC和NNE候選基因ITGA4、RERG和ZNF671甲基化率可視化展示

DNA甲基化生物標志物在癌癥早篩、腫瘤預后標記篩查等方向應用前景廣闊。
潘道科技提供SCMS技術,相對于文章中的BAS技術進行了進一步優化升級,在樣品起始量,覆蓋均一性及可檢測區域方面等性能上均有較大提升。目前潘道科技已與合作醫院共同針對腫瘤基因熱點甲基化突變區域進行臨床轉化試驗,為合作方提供領先的甲基化檢測Panel服務及NGS檢測服務。

7. 臨床科研項目招募:
如果您同樣致力于早期分子檢測技術在臨床上的轉化應用,同樣關注腫瘤早篩,來加入我們吧!潘道科技為您提供業內領先的甲基化檢測技術平臺,共同推動國內腫瘤早篩技術的發展和臨床轉化,為此,潘道科技面向廣大臨床科研工作者進行項目招募活動,具體如下:

項目類型 基于多基因甲基化聯合檢測的腫瘤早期篩查及預后治療相關研發項目
項目目的 篩查中國人群特異的腫瘤關鍵甲基化Biomarker,并應用于液體活檢領域及臨床轉化工作。
檢測范圍 檢測候選基因數10-200個
活動內容 潘道科技分擔一定比例的項目費用,科技成果技術平臺共享,具體根據項目情況確定合作細節

基于SCMS技術展開泛癌種篩查科研項目招募報名啦,關注“潘道科技”點擊報名鏈接或掃描下方二維碼,即可報名參加活動!
 
潘道生物,專注于超早期分子檢測技術在疾病篩查和診斷領域的轉化應用,其旗下潘道科技開發技術覆蓋了表觀組學各個前沿研究領域,致力于成為全球表觀遺傳學研究機構的最佳科技合作伙伴。

參考文獻
[1].Shen SY, et al. Sensitive tumour detection and classification using plasma cell-free DNA methylomes. Nature. 2018 Nov;563(7732):579-583.
[2].Urich MA, Nery JR, et al. MethylC-seq Library Preparation for base-resolution whole-genome
Bisulfite sequencing. Nat Protoc. 2015 Mar;10(3):475-83.
[3].Esteller M. Cancer epigenomics: DNA methylomes and histone-modification maps. Nat Rev Genet. 2007 Apr;8(4):286-98.
[4].Grunau, C., Clark, S. J. & Rosenthal, A. Bisulfte genomic sequencing: systematic investigation of critical experimental parameters.Nucleic Acids Res.29, E65 (2001).
[5].Shu Yi Shen, et al. Sensitive tumour detection and classification using plasma cell-free DNA methylomes. Naturevolume 563, pages579–583 (2018).
[6].Kohli RM, Zhang Y. TET enzymes, TDG and the dynamics of DNA demethylation. Nature. 2013 Oct 24;502(7472):472-9.
[7].Gyparaki MT, et al. DNA methylation biomarkers as diagnostic and prognostic tools in colorectal cancer. J Mol Med (Berl). 2013 Nov;91(11):1249-56.
[8].Dor Y, Cedar H. Principles of DNA methylation and their implications for biology and medicine. Lancet. 2018 Sep 1;392(10149):777-786.
[9]Guo S, Diep D, et al. Identification of methylation haplotype blocks aids in deconvolution of heterogeneous
tissuesamples and tumor tissue-of-origin mapping from plasma DNA. Nat Genet. 2017 Apr;49(4):635-642.
[10]. Bidisha Paul, et al. Influences of diet and the gut microbiome on epigenetic modulation in cancer and other diseases. Clin Epigenetics. 2015; 7: 112.
[11].Weilin Zhao, et al. Quantitation of DNA methylation in Epstein-Barr virus–associated nasopharyngeal carcinoma by bisulfite amplicon sequencing. BMC Cancervolume 17, Article number: 489 (2017) .

我來說兩句
0  條評論    0 人次參與
登錄 注冊發布
最新評論刷新
查看更多評論 > >

訂閱生物通快訊

訂閱快訊:

最新文章

限時促銷

會展信息

關注訂閱號/掌握最新資訊

今日動態 | 生物通商城 | 人才市場 | 核心刊物 | 特價專欄 | 儀器云展臺 | 免費試用 | 今日視角 | 新技術專欄 | 技術講座 | 技術期刊 | 會展中心 | 中國科學人 | 正牌代理商

版權所有 生物通

Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

聯系信箱:

粵ICP備09063491號

幸运飞艇最新群二维码 在线配资杠杆 好彩1开奖号码生肖方位 河南福彩快三开奖结果 江西11选5哪里玩 北京28骗局过程 真钱牌游戏 彩票北京pk拾是官方开的吗 一分快三技巧大小玩法 凯恩斯供给曲线 广东快乐10分走势图表