表观遗传学研究中DNA甲基化的检测与分析

表观遗传学研究中DNA甲基化的检测与分

析

在基因的表达中，既有基因本身存在的遗传代码进行调控，也

有一种基因表达被环境、生活方式和外部因素等影响的现象，这

种现象就被称为表观遗传学。表观遗传学以研究DNA上的化学修饰、组蛋白和核小体结构、基因突变和非编码RNA等多种方式来

了解这种现象，而其中最为关键的一种表观遗传作用就是DNA甲

基化。

DNA甲基化是指DNA分子上连接着一个甲基基团，甲基通常

出现在胞嘧啶上，打破了DNA序列的连续性，而这种化学修饰往

往会影响到基因的表达控制，进而影响到它们所编码的蛋白质产

生量。因此，通过依托这样的化学修饰，我们可以分析和了解基

因组的表达方式和与其相关的某些疾病等健康风险。

DNA甲基化在癌症和心血管疾病等疾病中的表现已经被广泛研究，并被证明是多种疾病的早期标志。一些研究人员已经正确地

判断出，与其说DNA本身存在某个变异导致问题出现，不如说这

些变异是环境引起的DNA组蛋白过度修饰或DNA甲基化的结果。

因此，检测和分析DNA甲基化是表观遗传学的重要组成部分，为研究和开发治疗心血管疾病、肺炎以及癌症和其他许多其他疾

病提供了突破口。在分析过程中，最常用的方式是比较基因的甲

基化水平，在DNA甲基化与基因组表达之间建立关系从而得出一

些诊断信息或预测指标。

在现代实践中，有很多DNA甲基化检测方法被开发出来。从

单个DNA序列到完整的基因组水平，不断更新和发展的检测技术

让我们得以更精确地了解这个复杂的遗传学现象。

下面，我们将基于近年来的研究和实践经验，详细了解如何检

测和分析DNA甲基化：

1. 基于质量控制的测序技术

这种方法利用计算机模型对DNA甲基化的序列进行建模和预测。通常，这种方法是建立在大规模、高通量的基因组测序技术

之上的。它可以高速地测定整个基因组的DNA甲基化水平，并且

有助于长序列中的高精度检测。整个测序的过程需要先对原始数

据进行处理和校正，然后将其单个碎片序列合并起来得出整个基

因组的信息。通过这一流程，我们能够针对不同的组织或病人进

行甲基化水平的比较，以便比较不同个体中基因表达在特定生理状态下对外部环境的变化程度。

2. 化学方法

该技术利用特定的化学反应来检测和分析DNA分子上的甲基化水平。化学还原法、化学解甲基化法、BSAS、PGR、BSP和限制酶消化甲基化PCR法等都是常用的化学方法。化学还原法是一种通过碳-烯二烯酮还原剂清除负荷分子基的方法，通过提取DNA 并进行还原化学反应，可以检测到DNA甲基化。化学解甲基化法则能够精确定位DNA甲基化的位点。针对DNA使用酶的切割，能够在未甲基化的位点和甲基化的位点产生特定的酶切位。BSP 和限制酶消化甲基化PCR法采用特定的编程引物进行增强，然后通过限制酶消化亲和性小的甲基化序列，进而基于PCR进行扩增和测定。

3. 表观组学芯片

表观组学芯片利用微型芯片设备作为探针，能够在单一芯片中分析一个基因组的甲基化水平。这种技术已经得到了广泛应用，

同时也被证明是一种可持续的检测方式。它的最大优点是可以为多样本进行高通量检测，并且支持高度自定义的实验设计。

DNA甲基化的检测和分析是目前表观遗传学研究的重要组成部分，一个长达30亿碱基对的人类基因组分析通常需要一周时间，而一些现代技术已经可以在数小时内完成。随着技术逐步成熟和普及，与其相关的生物学和医学应用将得到更加充分的发挥，这对于预防和检测疾病以及开发治疗方法具有重要意义。