Door Sara Ryding, B.Sc.Reviewed door Deepthi Sathyajith, M.Pharm.

Whole genome bisulfite sequencing, of WGBS, is een next-generation sequencingtechniek om DNA-methylering te analyseren.

Image Credit: Egorov Artem /

DNA-methylering is een epigenetisch mechanisme om genexpressie te reguleren en omvat het toevoegen van een methylgroep aan een cytosine base. Abnormale methyleringspatronen zijn in verband gebracht met verschillende aandoeningen en ziekten, zoals kanker. Sinds de ontwikkeling van WGBS, is het toegepast op epigenetische herprogrammering, epigenetische handtekeningen, en anderen te bestuderen.

Basismethodologie

WGBS combineert het gebruik van natriumbisulfaat behandeling en high throughput DNA sequencing. Natriumbisulfiet beschermt gemethyleerde cytosines, of methylcytosines, tegen omzetting, terwijl niet-gemethyleerde cytosines worden omgezet in uracil.

De ongemethyleerde cytosines worden vervolgens na PCR verder omgezet in thymine, waardoor de sequencing-resultaten voornamelijk adenine-, guanine- en thymine-basen laten zien, met eventuele cytosine-basen die wijzen op gemethyleerde cytosineplaatsen.

De methode werd aanvankelijk uitgeprobeerd op Aradopsis thaliana, een plant, vanwege zijn relatief kleine genoom. Sindsdien is gebleken dat met deze methode ongeveer 90% van alle cytosines die zijn geprobeerd, kunnen worden geanalyseerd. De WGBS-techniek is toegepast op het genoom van mensen, muizen, maïs en sojabonen.

Stamceltoepassingen

Stamcellen zijn ongedifferentieerde cellen die de capaciteit behouden om elk type cel te worden, zoals neuronen of spiercellen. Dit maakt ze van groot belang voor ontwikkelingsbiologen en eventuele toepassingen in de geneeskunde, om te begrijpen waarin ze verschillen van rijpe cellen.

De eerste genoombrede, single base resolutie kaarten van gemethyleerde cytosines in menselijke embryonale stamcellen en foetale fibroblasten toonden grote verschillen tussen de twee. In embryonale cellen bevond bijna een kwart van alle geïdentificeerde methylering zich in een niet-cytosine guanine (CG) context, terwijl in de foetale cellen 99,98% van de methylcytosines zich in de GC context bevond.

Niet-CG context betekent dat het zich in CHG of CHH bevond, waarbij H staat voor adenine, thymine, of cytosine. Voordien werd overwegend aangenomen dat bijna alle methylering van zoogdier-DNA plaatsvond in de CG-context, terwijl deze studie aangaf dat dit een algemeen kenmerk kan zijn in menselijke embryonale stamcellen.

Niet-CG-methylering bleek verloren te gaan bij differentiatie. De niet-CG methylering werd hersteld toen foetale cellen werden gemanipuleerd tot geïnduceerde pluripotente stamcellen. Dit toont ook aan dat CHG- en CHH-methylering niet het gevolg is van genetische verschillen, maar in plaats daarvan een kenmerk is van embryonale stamcellen.

De vorige studie gaf aan dat stamcellen, of het nu geïnduceerde pluripotente stamcellen of embryonale stamcellen zijn, epigenetische kenmerken deelden door middel van methylering. Stamcellen zijn enorm belangrijk voor therapeutische doeleinden en het bestuderen van ziekten. Ze verschillen van somatische cellen door epigenomische transformaties, in plaats van genetische, waardoor het bestuderen van hun methyleringspatroon zeer interessant is.

Een vervolgstudie richtte zich op de verschillen tussen embryonale stamcellen en geïnduceerde pluripotente stamcellen en ontdekte dat, hoewel hun methyleringspatroon op globaal niveau zeer vergelijkbaar is, de geïnduceerde pluripotente stamcellen aanzienlijke variatie vertonen in de herprogrammering in vergelijking met embryonale stamcellen. Hoewel WGBS dus veel over stamcellen heeft helpen ophelderen, zijn er nog steeds bepaalde vragen.

WGBS in ontwikkelingsbiologie

DNA methylering is belangrijk tijdens de normale ontwikkeling bij zoogdieren. In het bijzonder is non-CG methylering wijdverspreid in pluripotente stamcellen en oöcyten.

Onderzoekers hebben WGBS gebruikt om dit concept verder te onderzoeken en hebben ontdekt dat bijna tweederde van alle methylering in de kiemblaasjes oöcyten van muizen plaatsvindt in een non-CG context. Zij vonden ook dat de methylering van niet-CG plaatsen zich tijdens de groei van de eicel opstapelde.

Niet-CG methylering bleek afhankelijk te zijn van een paar methyltransferasen in het bijzonder, namelijk het DNA methyltransferasen complex, dat wil zeggen, het Dnmt3s-Dnmt3L complex. Daarentegen leek Dnmt1 de CG-methylering in stand te houden.

De overerving van epigenetische programmering komt meer voor bij planten dan bij zoogdieren. In een studie die zich op methylering richtte, werd ontdekt dat de kiemlijn van planten, door gebruik te maken van WGBS, CG- en CHG-methylering in stand hield. Dit in tegenstelling tot zoogdieren, waar CHH-methylering verloren gaat in microsporen en spermacellen. Het wordt echter hersteld door de novo DNA-methyltransferase geleid door klein RNA na de bevruchting.

WGBS voor de vroege diagnose van ziekten

Studies hebben aangetoond dat WGBS kan worden gebruikt om abnormale methylering te detecteren door te screenen op specifieke hypergemethyleerde suppressorgenen zoals gezien in kankers zoals acute promyelocytische leukemie, maagkanker, enzovoort.

Toepassingen van WGBS in de forensische wetenschap

Forensische studies zijn uitgevoerd op gedroogde bloedvlekmonsters met behulp van WGBS na DNA-extractie. Het gebruik van WGBS levert monsters van hoge kwaliteit die de analyse van DNA-methylering op forensische vlekken verbeteren.

Samenvattend wordt WGBS steeds populairder in de studie van DNA-methylering vanwege het vermogen van deze techniek om DNA-methylering van bisulfiet-omgezet genomisch DNA te schatten op een single-nucleotide resolutie.

Hoewel WGBS een zeer efficiënt instrument is voor het begrijpen van epigenetische herprogrammering, is het van even groot belang om een kosteneffectieve hoog-sequencing technologie te ontwikkelen en te onderhouden die in uiteenlopende gebieden van wetenschappelijk onderzoek kan worden gebruikt.

Verder lezen

• Alle DNA Sequencing Content
• DNA Sequencing
• DNA Sequence Assembly
• DNA microarray
• High-throughput DNA Sequencing Techniques

Written door

Sara Ryding

Sara is een gepassioneerd biowetenschapsschrijfster die gespecialiseerd is in zoölogie en ornithologie. Ze is momenteel bezig met een Ph.D. aan de Deakin University in Australië die zich richt op hoe de snavels van vogels veranderen door de opwarming van de aarde.

Last bijgewerkt 31 okt 2018

Citaties

Gebruik een van de volgende formaten om dit artikel te citeren in uw essay, paper of verslag:

• APA

  Ryding, Sara. (2018, 31 oktober). Toepassingen van Whole Genome Bisulfite Sequencing (WGBS). Nieuws-Medisch. Retrieved on March 27, 2021 from https://www.news-medical.net/life-sciences/Applications-of-Whole-Genome-Bisulfite-Sequencing-(WGBS).aspx.

• MLA

  Ryding, Sara. “Toepassingen van Whole Genome Bisulfite Sequencing (WGBS)”. Nieuws-Medisch. 27 maart 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/Applications-of-Whole-Genome-Bisulfite-Sequencing-(WGBS).aspx>.

• Chicago

  Ryding, Sara. “Toepassingen van Whole Genome Bisulfite Sequencing (WGBS)”. Nieuws-Medisch. https://www.news-medical.net/life-sciences/Applications-of-Whole-Genome-Bisulfite-Sequencing-(WGBS).aspx. (accessed March 27, 2021).

• Harvard

  Ryding, Sara. 2018. Toepassingen van Whole Genome Bisulfite Sequencing (WGBS). Nieuws-Medisch, bekeken 27 maart 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/Applications-of-Whole-Genome-Bisulfite-Sequencing-(WGBS).aspx.