Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали массив, который оценивает уровни метилирования генов, расположенных в областях контроля импринта (ICR) в геноме человека. Массив представляет собой экономически эффективный и действенный метод изучения потенциальных связей между воздействием окружающей среды и эпигенетической дисрегуляцией во время ранних стадий развития заболеваний и поведенческих расстройств.

ICR регулируют экспрессию импринтированных генов — генов, где активна только одна родительская копия гена, в то время как другая копия подавляется на ранних стадиях развития. Импринтированные гены представляют особый интерес для эпидемиологов, генетиков и токсикологов, которые изучают связи между влиянием окружающей среды и болезнями, поскольку метки метилирования, которые контролируют их экспрессию, подвержены влиянию окружающей среды .

Эти модификации метилирования ДНК могут быть стабильными на протяжении всей жизни пораженного человека и даже могут передаваться его детям. Это представляет особый интерес для эпигенетики, которая изучает наследственные изменения в экспрессии генов при отсутствии изменений последовательности ДНК.

«Метилирование — независимо от того, «выключен» ген или «включен» — это самый простой способ изучить, когда вы исследуете эпигенетические эффекты», — говорит Кэтрин Хойо, профессор биологических наук в Университете штата Северная Каролина и соавтор работы. «Оно служит отправной точкой для выяснения взаимосвязей между окружающей средой и экспрессией генов».

Хотя существуют массивы метилирования для исследования экспрессии генов, наиболее часто используемые не включают зонды, специфичные для ICR. Вместо этого ученые, заинтересованные в импринтированной регуляции генов, должны секвенировать весь геном субъекта, что является дорогостоящим, трудоемким и непрактичным в исследованиях больших популяций.

Новый массив содержит 22 000 флуоресцентных зондов , специфичных для 1000 из известных 1488 ICR в геноме человека. Зонды представляют собой короткие последовательности ДНК, нацеленные на определенные сайты метилирования в пределах этих ICR, с альтернативными зондами, связывающими метилированные и неметилированные версии. Альтернативные зонды для каждого целевого сайта имеют различные флуоресцентные сигналы, так что относительное количество каждого связанного зонда может быть измерено, а уровень метилирования для каждого сайта определяется из соотношения специфических зондов.

В качестве доказательства концепции исследовательская группа использовала ДНК из набора пациентов с болезнью Альцгеймера для сравнения данных метилирования ICR из массива данных с результатами метилирования, полученными с помощью секвенирования всего генома, и обнаружила значительную корреляцию между двумя методами. Что особенно примечательно для клинического применения , результаты были готовы через одну неделю по сравнению с потенциально необходимыми месяцами для интерпретации полных геномов.

«В крупных исследованиях нам приходится проводить скрининг участников», — говорит Хойо. «Если в исследовании участвуют 1000 человек, просто невозможно провести столько полных геномных последовательностей своевременно и экономически эффективно. Это особенно расточительно, если учесть, что нас интересуют только 22 000 участков из миллионов в геноме».

«Этот массив выполняет скрининг за нас — он смотрит только на интересующие нас участки и позволяет нам сосредоточить время и энергию на полном секвенировании только при необходимости. По сути, он отделяет зерна от плевел, чтобы мы могли сосредоточиться только на ICR, которые могут быть вовлечены в заболевание».

Работа опубликована в Epigenetics Communications . Другие соавторы включают первого автора Наталью Каррерас-Галло, Варуна Б. Дварака и Тэвиса Л. Мендеса из TruDiagnostic; Дерехе Д. Джима, Дэвида А. Скаара, Антонио Планчарта и Рэнди Л. Джиртла из Университета штата Северная Каролина; и Вандинг Чжоу из Университета Пенсильвании.