De Sara Ryding, B.Sc.Revizuit de Deepthi Sathyajith, M.Pharm.

Whole genome bisulfite sequencing, sau WGBS, este o tehnică de secvențiere de generație următoare pentru a analiza metilarea ADN-ului.

Credit imagine: Egorov Artem /

Metilarea ADN-ului este un mecanism epigenetic de reglare a expresiei genice și implică adăugarea unei grupări metil la o bază de citosină. Modelele anormale de metilare au fost asociate cu mai multe afecțiuni și boli, cum ar fi cancerul. De la dezvoltarea WGBS, acesta a fost aplicat pentru a studia reprogramarea epigenetică, semnăturile epigenetice și altele.

Metodologie de bază

WGBS combină utilizarea tratamentului cu bisulfat de sodiu și secvențierea ADN de mare capacitate. Bisulfitul de sodiu protejează citosinele metilate, sau metilcitosinele, de conversie, în timp ce citosinele nemetilate sunt convertite în uracil.

Citosinele nemetilate sunt apoi convertite în continuare în timină după PCR, ceea ce înseamnă că rezultatele secvențierii arată predominant baze de adenină, guanină și timină, orice bază de citozină indicând situsuri de citozină metilate.

Metoda a fost încercată inițial pe Aradopsis thaliana, o plantă, datorită genomului său relativ mic. De atunci, ea s-a dovedit capabilă să analizeze aproximativ 90% din toate citosinele care au fost încercate. Tehnica WGBS a fost aplicată la genomurile oamenilor, șoarecilor, porumbului și soiei.

Aplicații ale celulelor stem

Celele stem sunt celule nediferențiate care păstrează capacitatea de a deveni orice tip de celule, cum ar fi neuronii sau celulele musculare. Acest lucru le face să fie de mare interes pentru biologii dezvoltării și pentru eventualele aplicații în medicină, pentru a înțelege ce le face diferite de celulele mature.

Prima hartă la nivel de genom, cu rezoluție de o singură bază, a citosinelor metilate în celulele stem embrionare umane și în fibroblastele fetale a arătat diferențe mari între cele două. În celulele embrionare, aproape un sfert din toate metilațiile identificate se aflau într-un context guanină non-citozină (CG), în timp ce în celulele fetale 99,98% din metilcitozine se aflau în context GC.

Contextul non-CIG înseamnă că se afla în CHG sau CHH, unde H reprezintă adenină, timină sau citozină. Înainte de aceasta, se credea în mod predominant că aproape toată metilarea ADN-ului mamiferelor a avut loc în context CG, în timp ce acest studiu a indicat că aceasta poate fi o caracteristică generală în celulele stem embrionare umane.

Metilarea non-CG părea să fie pierdută la diferențiere. Metilarea non-CG a fost restabilită atunci când celulele fetale au fost manipulate în celule stem pluripotente induse. Acest lucru demonstrează, de asemenea, că metilarea CHG și CHH nu se datorează diferențelor genetice, ci, în schimb, este o caracteristică a celulelor stem embrionare.

Studiul anterior a indicat că celulele stem, indiferent dacă sunt celule stem pluripotente induse sau celule stem embrionare, au caracteristici epigenetice comune prin metilare. Celulele stem sunt extrem de importante în scopuri terapeutice și pentru studiul bolilor. Ele diferă de celulele somatice prin transformări epigenomice, mai degrabă decât prin cele genetice, ceea ce face ca studierea modelului lor de metilare să fie extrem de interesantă.

Un studiu ulterior s-a concentrat pe diferențele dintre celulele stem embrionare și celulele stem pluripotente induse și a constatat că, deși modelul lor de metilare este foarte asemănător la nivel global, celulele stem pluripotente induse prezintă variații substanțiale în reprogramare în comparație cu celulele stem embrionare. Astfel, în timp ce WGBS a ajutat la elucidarea multor lucruri despre celulele stem, anumite întrebări rămân în continuare.

WGBS în biologia dezvoltării

Metilarea ADN-ului este importantă în timpul dezvoltării normale la mamifere. În special, metilarea non-CG este larg răspândită în celulele stem pluripotente și în ovocite.

Cercetătorii au folosit WGBS pentru a explora mai departe acest concept și au descoperit că aproape două treimi din toată metilarea în ovocitele veziculelor germinale de șoarece are loc într-un context non-CG. Ei au constatat, de asemenea, că metilarea situsurilor non-CG s-a acumulat în timpul creșterii ovocitelor.

Metilarea non-CG a părut să depindă de câteva metiltransferaze în special, și anume de complexul ADN metiltransferazelor, adică de complexul Dnmt3s-Dnmt3L. În schimb, Dnmt1 părea să mențină metilarea CG.

Moștenirea programării epigenetice este mai frecventă la plante decât la mamifere. Un studiu axat pe metilare a constatat că, prin utilizarea WGBS, linia germinală a plantelor a păstrat metilarea CG și CHG. Acest lucru este în contrast cu mamiferele în care metilarea CHH este pierdută în microspori și spermatozoizii. Cu toate acestea, este restabilită de novo de ADN metiltransferaza de novo ghidată de ARN mic după fertilizare.

WGBS pentru diagnosticarea timpurie a bolilor

Studiile au demonstrat că WGBS poate fi folosit pentru a detecta metilarea anormală prin depistarea genelor supresoare hipermetilate specifice, așa cum se observă în cancere precum leucemia promielocitară acută, cancerul gastric și așa mai departe.

Aplicații ale WGBS în știința medico-legală

Studii medico-legale au fost efectuate pe probe de pete de sânge uscate folosind WGBS după extracția ADN. Utilizarea WGBS oferă probe de înaltă calitate care îmbunătățesc analiza metilației ADN pe pe petele medico-legale.

În concluzie, WGBS devine din ce în ce mai popular în studiul metilației ADN datorită capacității acestei tehnici de a estima metilația ADN a ADN-ului genomic convertit cu bisulfit la o rezoluție de un singur nucleotid.

Deși WGBS este un instrument foarte eficient pentru înțelegerea reprogramării epigenetice, este la fel de important să se dezvolte și să se mențină o tehnologie de înaltă secvențiere eficientă din punct de vedere al costurilor, care poate fi utilizată în domenii variate de cercetare științifică.

Lecturi suplimentare

• Toate conținuturile de secvențiere a ADN-ului
• Secvențiere a ADN-ului
• Asamblare a secvenței de ADN
• Microarray de ADN
• High-throughput DNA Sequencing Techniques

Scris de

Sara Ryding

Sara este o scriitoare pasionată de științele vieții, specializată în zoologie și ornitologie. În prezent, ea finalizează un doctorat la Universitatea Deakin din Australia, care se concentrează pe modul în care ciocurile păsărilor se schimbă odată cu încălzirea globală.

Ultima actualizare 31 octombrie 2018

Citate

Vă rugăm să folosiți unul dintre următoarele formate pentru a cita acest articol în eseul, lucrarea sau raportul dumneavoastră:

• APA

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

• MLA

  Ryding, Sara. „Applications of Whole Genome Bisulfite Sequencing (WGBS)”. News-Medical. 27 martie 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/Applications-of-Whole-Genome-Bisulfite-Sequencing-(WGBS).aspx>.

• Chicago

  Ryding, Sara. „Applications of Whole Genome Bisulfite Sequencing (WGBS)”. News-Medical. https://www.news-medical.net/life-sciences/Applications-of-Whole-Genome-Bisulfite-Sequencing-(WGBS).aspx. (accesat la 27 martie 2021).

• Harvard

  Ryding, Sara. 2018. Applications of Whole Genome Bisulfite Sequencing (WGBS). News-Medical, vizualizat la 27 martie 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/Applications-of-Whole-Genome-Bisulfite-Sequencing-(WGBS).aspx.

.