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干貨 | 甲基化轉化方式大揭秘:從經典到前沿的技術革新

來源:翌圣生物科技(上海)股份有限公司   2025年06月18日 13:16  

在表觀遺傳學研究中,DNA甲基化作為基因表達調控的核心機制之一,其檢測技術的精準度直接影響科研與臨床診斷的可靠性。當前主流的甲基化轉化技術可劃分為三大類:基于化學處理的亞硫酸氫鹽轉化、反向酶法轉化EM-seq以及正向酶法轉化TAPS。本文將從原理、流程、優缺點及前沿進展等維度,系統解析這三種技術的核心差異與應用場景。



亞硫酸氫鹽轉化

經典技術的劍

01

技術原理與流程

亞硫酸氫鹽轉化(Bisulfite Conversion)是DNA甲基化檢測的“金標準”,其核心原理是通過亞硫酸氫鈉(NaHSO?)在酸性條件下對DNA進行化學修飾:未甲基化的胞嘧啶(C)被脫氨基轉化為尿嘧啶(U),而甲基化的胞嘧啶(5mC)保持不變。后續通過PCR擴增將U轉化為胸腺嘧啶(T),最終通過測序比對C/T比例確定甲基化狀態。


典型流程

  • 5 min-150 min轉化;(翌圣生物推出5 min超快速轉化試劑盒,極速轉化);

  • 30 min脫硫和洗滌;

  • 5 min洗脫核酸。


02

技術優勢與局限性


優 勢

  • 高靈敏度:轉化效率可達99.5%以上,適用于微量樣本(如cfDNA)。

  • 成熟度高:自1992年應用以來,技術流程已高度標準化。


局限性

  • DNA損傷嚴重:亞硫酸氫鹽處理會導致DNA鏈斷裂,片段長度通常縮短至100-1000 bp,會丟失部分基因組信息。

  • 堿基失衡:轉化后GC含量降低,導致測序數據中AT占比過高,可能掩蓋真實甲基化信號。


應用場景

  • 腫瘤標志物檢測:如肺癌中APC、RASSF1A基因啟動子高甲基化。

  • 發育生物學研究:追蹤胚胎干細胞分化過程中的甲基化重塑。


反向酶法轉化EM-seq

溫和高效的新選擇

01

技術原理與流程

EM-seq(Enzymatic Methyl-sequencing)是一種基于酶促反應的甲基化轉化技術,其核心流程包括:


DNA甲基化保護

  • 使用TET酶保護所有未修飾的C;

  • 葡糖基化酶保護5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)。


非甲基化C脫氨

  • APOBEC脫氨酶將未甲基化的C轉化為U;

  • 甲基化的C(5mC)和羥甲基化的C(5hmC)被特異性保護。


02

技術優勢與局限性


優 勢

  • DNA損傷小:可保留10 kb以上的長片段DNA,適用于全基因組甲基化圖譜繪制。

  • 兼容性強:可與多種下游分析技術(如甲基化特異性PCR、質譜)結合。


局限性

  • 成本較高:酶原料價格昂貴。

  • 技術成熟度低:酶的穩定性弱于化學法。


03

應用場景

  • 全基因組甲基化測序:分析復雜疾病(如神經退行性疾病)的甲基化調控網絡。

  • 單細胞甲基化研究:結合單細胞測序技術,解析細胞異質性。

  • 腫瘤早篩:需要高靈敏度、低損傷的腫瘤早篩或液體活檢項目。


正向酶法轉化TAPS

精準區分甲基化修飾

01

技術原理與流程

TAPS(TET-assisted Pyridine Borane Sequencing)是一種基于氧化酶和化學還原的甲基化轉化技術,其核心流程包括:


TET酶氧化

  • TET酶將5mC和5hmC氧化為5-羧基胞嘧啶(5caC);

  • 未甲基化的C不受影響。


化學還原

  • 吡啶peng烷將5caC還原為二氫尿嘧啶(DHU),后續PCR擴增中DHU轉化為T。


02

技術優勢與局限性


優 勢

    • 流程簡化:酶法氧化+化學還原,減少操作步驟。

    • 只轉化5mC和5hmC:能保留基因組原來的信息。

    • 兼容性強:適配全基因組測序、單細胞甲基化分析等。

    • 堿基平衡:酶法轉化不改變DNA的GC含量,測序數據質量更高。


    局限性

    • 轉化效率波動:受酶活性影響,批間穩定性需驗證。

    • 應用場景有限:目前主要用于科研探索,臨床轉化較少。

    • 轉化率偏低:轉化率≥85%。


    應用場景

    • 需要高靈敏度、低損傷的腫瘤早篩或液體活檢項目。

    • 需要一份樣本同時檢測甲基化和基因突變信息。


    技術對比與展望

    方法

    轉化效率

    DNA損傷

    樣本需求

    成本

    推薦場景

    亞硫酸氫鹽轉化

    99.5%

    100 pg-2 μg

    傳統甲基化研究、高分辨率測序

    EM-seq

    ≥99%

    1-200 ng

    cfDNA研究、腫瘤早篩

    TAPS

    ≥85%

    1-100 ng

    cfDNA研究、腫瘤早篩


    展 望

    1. 多組學整合:將甲基化數據與轉錄組、蛋白質組數據結合,解析表觀遺傳調控網絡。

    2. 自動化與微型化:開發便攜式甲基化檢測設備,推動床旁診斷(POCT)應用。


    探索表觀遺傳學的奧秘,翌圣生物提供全面的解決方案。我們精心研發的甲基化轉化試劑和甲基化建庫試劑,確保您在研究DNA甲基化模式時的精確性和可靠性。此外,翌圣的ATAC-seq和CUT-Tag技術,為解析復雜基因調控網絡提供了強有力的工具。無論是基礎研究還是臨床應用,翌圣的表觀遺傳學原料都是您科研路上的堅實伙伴。


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