محققان دانشکده پزشکی پرلمن در دانشگاه پنسیلوانیا روش جدیدی برای ترسیم نشانه‌های DNA خاص به نام 5-متیل سیتوزین (5mC) ابداع کرده‌اند که بیان ژن را تنظیم می‌کند و نقش کلیدی در سلامت و بیماری دارد. این روش ابداعی به دانشمندان اجازه می دهد تا با استفاده از نمونه های بسیار کوچک و بدون آسیب رساندن به نمونه، مشخصات DNA را انجام دهند، به این معنی که می توان از آن به طور بالقوه در بیوپسی مایع (آزمایش نشانگرهای سرطان در جریان خون) و تشخیص زودهنگام سرطان استفاده کرد. علاوه بر این، برخلاف روش‌های فعلی، می‌تواند به وضوح 5mC را بدون اشتباه گرفتن آن با سایر نشانه‌های رایج شناسایی کند. رویکرد جدید، به نام توالی متیلاسیون مستقیم (DM-Seq)، در یک زیست شناسی شیمیایی طبیعت مقاله امروز
فراتر از پایه های اولیه DNA (آدنین، سیتوزین، گوانین و تیمین)، یک لایه اطلاعاتی اضافه شده در تغییرات DNA وجود دارد که کنترل می کند چه ژن هایی در هر نوع سلولی “روشن” یا “خاموش” هستند. 5mC یکی از مهمترین این تغییرات در نظر گرفته می شود، زیرا رایج ترین نوع اصلاح DNA در تمام پستانداران است و به دلیل خاموش کردن ژن های خاص شناخته شده است.
5mC می تواند به عنوان اثر انگشت برای هویت سلول عمل کند، بنابراین برای دانشمندان مهم است که قدرت جداسازی 5mC و تنها 5mC را داشته باشند. DM-Seq از دو آنزیم برای ترسیم 5mC استفاده می‌کند و می‌تواند برای نمونه‌های کمیاب DNA استفاده شود، به این معنی که می‌توان از آن برای مثال در آزمایش‌های خونی که به دنبال DNA آزاد شده در خون از تومورها یا بافت‌های بیماری‌های دیگر است، استفاده کرد.
راهول کوهلی، MD، PhD، دانشیار بیوشیمی و بیوفیزیک در Penn Medicine و نویسنده ارشد این مطالعه
این مطالعه توسط تانگ وانگ، دانشجوی دکترا/MD در آزمایشگاه کوهلی هدایت شد.
تغییرات DNA مانند 5mC به عنوان تنظیم کننده های اپی ژنتیکی (برگشت پذیر، ناشی از محیط زیست) عمل می کند که نحوه خواندن DNA را تغییر می دهد. 5mC شامل اتصال یک خوشه کوچک از اتم ها به نام گروه متیل در یک مکان خاص روی یک سیتوزین است که به نام حرف C در الفبای DNA چهار حرفی نیز شناخته می شود. وجود این اصلاح می تواند بیان DNA مجاور را از طریق مکانیسم های مستقیم و غیر مستقیم مختل کند.
DNA که توسط mC 5 غیرفعال می شود شامل ژن های کد کننده پروتئین است که فعالیت آنها ممکن است در یک نوع سلول خاص در یک مرحله معین از زندگی مناسب نباشد، و همچنین عناصر ویروس مانند در DNA که همیشه باید سرکوب شوند. جای تعجب نیست که فقدان غیرطبیعی یا بیش از حد 5 mC می تواند منجر به بیان غیر طبیعی ژن شود که می تواند منجر به بیماری هایی مانند سرطان شود. الگوهای غیرعادی خاصی از 5mCs نشانه برخی از سرطان ها در نظر گرفته می شوند که اهمیت داشتن یک روش نقشه برداری دقیق و خاص 5mC را نشان می دهد.
روش‌های نقشه‌برداری 5mC از مواد شیمیایی یا آنزیم‌هایی استفاده می‌کنند که با 5mC و سیتوزین معمولی اصلاح نشده به روش‌های مختلف واکنش می‌دهند و امکان تشخیص این دو را فراهم می‌کنند. اما روش سنتی، توالی یابی بی سولفیت (BS-Seq)، به طور قابل توجهی به DNA آسیب می رساند و نمی تواند بین 5 mC و نوع مهم دیگری از متیلاسیون به نام 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) تمایز قائل شود. روش های اخیراً توسعه یافته نیز دارای کاستی هایی از جمله نیاز به مقادیر نسبتاً زیادی DNA هستند.
DM-Seq از دو آنزیم استفاده می‌کند که می‌توانند DNA را تغییر دهند، یک DNA متیل ترانسفراز طراح و یک DNA deaminase، که با هم می‌توانند 5mC را مستقیماً و به طور خاص تشخیص دهند. همچنین به اندازه کافی حساس است که با مقادیر نانوگرمی DNA انجام شود، که آن را برای کاربردهای بیوپسی مایع مناسب می کند.
محققان DM-Seq را بر روی نمونه‌های تومور مغزی نوع گلیوبلاستوم انجام دادند و نشان دادند که در مقایسه با BS-Seq سنتی، DM-Seq بهتر می‌تواند 5mC را از 5hmC در مکان‌های کلیدی ژنوم تشخیص دهد که در آن سطوح متیلاسیون می‌تواند برای پیش‌بینی استفاده شود. نتایج بیمار
محققان همچنین DM-Seq را با یک روش جدید و نوظهور توالی یابی 5 mC به نام TAPS مقایسه کردند که برای کاربردهای بالقوه در تشخیص سرطان در حال بررسی است و نشان می دهد که دومی دارای اشکالی است که قبلاً کشف نشده بود که حساسیت تشخیص 5mC آن را کاهش می دهد.
کوهلی گفت: «این یافته‌ها روش‌هایی را نشان می‌دهند که در آن تشخیص مستقیم 5mC از DM-Seq، به جای روش‌های توالی‌یابی سنتی، می‌تواند تلاش‌ها را برای استفاده از توالی‌یابی اپی ژنتیک برای اهداف پیش‌آگهی در مراقبت از سرطان پیش ببرد.
علاوه بر کوهلی و وانگ، دیگر نویسندگان پن عبارتند از: یوهانا فاولر، لورا لیو، کریستین لو، میکی لو، امیلی شوتسکی، کیارا بریوس، جیمی دنیزیو، سارا مونترموزو، بیانکا پینگول، مکلین نصرالله و هائو وو.
این تحقیق توسط مؤسسه ملی بهداشت (R01-HG10646) پشتیبانی شد.
منبع:
دانشکده پزشکی دانشگاه پنسیلوانیا