Новый метод «ультрамягкого» секвенирования устраняет давние недостатки тестов на метилирование ДНК при раке
Традиционное бисульфитное секвенирование повреждает ДНК, а ферментативные альтернативы дают нестабильные результаты. В Nature Communications опубликован новый метод анализа метилирования — UMBS-seq.
UMBS-seq сочетает высокую точность и бережное обращение с образцом, что открывает путь к более надежному обнаружению биомаркеров рака. Метод, первоначально разработанный исследователями Чикагского университета, будет коммерчески доступен разработчикам диагностических тестов на рак от компании Ellis Bio в начале следующего года.
Почему анализ метилирования важен для онкологии
Во всех клетках человеческого тела одинаковая последовательность ДНК, но они ведут себя по-разному из-за эпигенетических меток — химических модификаций, регулирующих включение и выключение генов. Одна из важнейших и самых распространенных меток — метилирование ДНК, при котором к ДНК присоединяется небольшая химическая группа 5-метилцитозин (5mC), контролируя экспрессию генов.
Аномальные паттерны метилирования ДНК — отличительная черта рака. Они могут «выключать» гены-супрессоры опухолей или «включать» онкогены в раковых клетках. Эти паттерны также крайне перспективны для раннего выявления рака, мониторинга ответа на лечение и подбора персонализированной терапии.
Чтобы реализовать этот потенциал, ученым нужны методы, способные точно считывать паттерны метилирования даже с самых крошечных и хрупких фрагментов ДНК, например, циркулирующих в крови пациента.
Проблемы существующих технологий анализа метилирования
Десятилетиями золотым стандартом было бисульфитное секвенирование. Эта химическая реакция превращает неметилированные цитозины в другой нуклеотид, позволяя секвенатору отличить метилированные участки от неметилированных. Однако агрессивная бисульфитная реакция часто разрушает ДНК, что приводит к систематическим ошибкам, плохому выходу продукта и неточным оценкам уровня метилирования.
Эти ограничения мешали применению методов на основе бисульфита для коротких и хрупких фрагментов ДНК, которые встречаются в жидких биопсиях или фиксированных формалином образцах опухолей.
Чтобы избежать повреждений, были разработаны более мягкие ферментативные подходы, такие как EM-seq. Они используют ферменты вместо химикатов для считывания меток метилирования. Однако их протоколы часто сложны и длительны, а также дают больше ложноположительных сигналов, что особенно критично при работе с очень малым количеством ДНК.
Решение: Ультрамягкое бисульфитное секвенирование (UMBS-seq)
Исследовательская группа Чикагского университета под руководством профессора Чуань Хэ разработала новый метод — Ultra-Mild Bisulfite Sequencing (UMBS-seq). Он представляет собой переработку самой бисульфитной химии. Путем точной настройки состава бисульфитного реагента и условий реакции ученые добились почти полной конверсии цитозинов в ультрамягких условиях, сохранив целостность ДНК.
В сравнительных испытаниях UMBS-seq стабильно превзошел как традиционное бисульфитное, так и ферментативное секвенирование по всем ключевым параметрам:
- Более высокий выход и целостность библиотек
- Улучшенная сложность библиотек и лучшее покрытие генома
- Исключительная эффективность конверсии и высокая точность определения метилирования
- Упрощенный и более быстрый рабочий процесс по сравнению с ферментативными методами
Примененный к образцам бесклеточной ДНК человека (используемой в неинвазивной диагностике рака с помощью жидких биопсий), UMBS-seq сохранил целостность ДНК и обеспечил более полное покрытие сайтов метилирования, связанных с раком, по сравнению с ведущими коммерческими наборами.
Исследователи полагают, что UMBS-seq может стать новым стандартом для секвенирования метилирования ДНК как в исследованиях, так и в диагностике, обеспечивая более чувствительный, воспроизводимый, точный и экономически эффективный анализ эпигенетических изменений при раке и других заболеваниях.
Метод был эксклюзивно лицензирован биотехнологической компании Ellis Bio Inc., которая адаптирует эту технологию для исследовательских инструментов с последующей валидацией для клинического применения. В настоящее время Ellis Bio проводит программу раннего доступа для своего набора SuperMethyl Max, основанного на UMBS.
«С помощью UMBS-seq и набора SuperMethyl Max от Ellis Bio мы теперь можем считывать эпигенетический код рака, не разрушая те немногие и ценные молекулы, которые нам необходимо изучать», — сказал Руйту Лю, будущий технический директор Ellis Bio и соавтор исследования UMBS-seq. «Это практичное и масштабируемое решение, которое может ускорить клиническое применение метилированных биомаркеров для раннего выявления и персонализированной терапии».