宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员发明了一种新的方法来绘制被称为5-甲基胞嘧啶(5mC)的特定DNA标记，这种标记调节基因表达，在健康和疾病中起着关键作用。这项创新技术允许科学家使用非常小的样本来分析DNA，而不会损坏样本，这意味着它有可能用于液体活检(检测血液中的癌症标志物)和早期癌症检测。

此外，与目前的方法不同，它还可以清楚地识别5mC，而不会与其他常见标记混淆。这种新方法被命名为直接甲基化测序(DM-Seq)，在今天的自然化学生物学文章中有详细介绍。

除了DNA的主要碱基(腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶)之外，在DNA修饰中还有一层附加的信息，它控制着任何特定细胞类型中基因的“开启”或“关闭”。5mC被认为是这些修饰中最重要的一种，因为它是所有哺乳动物中最常见的DNA修饰类型，并且以沉默某些基因而闻名。

宾夕法尼亚大学医学院生物化学和生物物理学副教授、该研究的资深作者拉胡尔·科利(Rahul Kohli)博士说:“5mC可以作为细胞身份的指纹，因此对科学家来说，有能力分离5mC和仅分离5mC是很重要的。”“DM-Seq使用两种酶来绘制5mC图谱，可以应用于稀疏的DNA样本，这意味着它可以用于血液测试，例如寻找从肿瘤或其他疾病组织释放到血液中的DNA。”这项研究由医学博士王彤(Tong Wang)领导。Kohli实验室的学生。

DNA修饰如5mC作为表观遗传(可逆的，环境引起的)调节因子，改变DNA的读取方式。5mC涉及在胞嘧啶上的特定位置附着一小簇被称为甲基的原子，胞嘧啶也被称为四个字母的DNA字母表中的字母“C”。这种修饰的存在可以通过直接和间接的机制阻碍附近DNA的表达。

被5mC导致失活的DNA包括蛋白质编码基因，这些基因的活性在特定的细胞类型和特定的生命阶段可能不合适，以及DNA中应该始终被抑制的病毒样元素。不出所料，5mC的异常缺失或过量会导致基因表达异常，从而导致癌症等疾病。5mC的某些异常模式被认为是某些癌症的标志，这强调了拥有准确和特定的5mC制图方法的重要性。

绘制5mC的方法使用化学物质或酶以不同的方式与5mC和正常未修饰的胞嘧啶反应，从而使两者得以区分。但是传统的亚硫酸氢盐测序(BS-Seq)方法对DNA有明显的损害，并且无法区分5mC和另一种重要的甲基化类型，即5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)。最近开发的方法也有缺点，包括需要相对大量的DNA。

DM-Seq利用设计DNA甲基转移酶和DNA脱氨酶两种可以修饰DNA的酶，它们一起可以直接特异性地检测5mC。它也足够灵敏，可以用纳克级的DNA进行检测，这使得它适合于液体活检的应用。

研究人员对胶质母细胞瘤型脑肿瘤样本进行了DM-Seq，并证明，与传统的BS-Seq相比，DM-Seq能够更好地区分基因组关键位点上的5mC和5hmC，甲基化水平可用于预测患者预后。

研究人员还将DM-Seq与另一种新兴的名为TAPS的5mc测序技术进行了比较，后者正在探索在癌症诊断中的潜在应用，结果表明后者有一个以前未被发现的缺点，即降低了其5mc检测的灵敏度。

Kohli说:“这些发现强调了直接从DM-Seq中检测5mC的方法，而不是传统的测序方法，可以推进表观遗传测序在癌症治疗中的预后目的。”