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Applicazioni di intero ordinamento del bisolfuro del genoma (WGBS)

Il bisolfuro intero del genoma che ordina, o WGBS, è una tecnica d'ordinamento di prossima generazione per analizzare la metilazione del DNA.

Da Egorov ArtemCredito di immagine: Egorov Artem/Shutterstock

La metilazione del DNA è un meccanismo epigenetico per regolamentare l'espressione genica e comprende aggiungere un gruppo metilico ad una base della citosina. I reticoli anormali di metilazione sono stati associati con parecchi termini e malattie, quale cancro. Dallo sviluppo di WGBS, si è applicato per studiare riprogrammare epigenetico, le impronte epigenetiche ed altre.

Metodologia di base

WGBS combina l'uso del trattamento dell'bisolfato del sodio e di alto ordinamento del DNA di capacità di lavorazione. Il bisolfuro del sodio protegge i cytosines metilati, o i methylcytosines, dalla conversione, mentre i cytosines unmethylated sono convertiti in uracile.

I cytosines unmethylated sono poi più ancora convertiti in timine dopo la PCR, che significa che i risultati d'ordinamento mostrano principalmente le basi dell'adenina, della guanina e delle timine, con tutte le basi della citosina che indicano i siti metilati della citosina.

Il metodo inizialmente è stato tentato sul thaliana di Aradopsis, un impianto, dovuto il suo relativamente piccolo genoma. Da allora ha provato capace di analizzare intorno 90% di tutti i cytosines che sono stati tentati. La tecnica di WGBS si è applicata ai genoma degli esseri umani, dei mouse, del mais e della soia.

Applicazioni della cellula staminale

Le cellule staminali sono celle non differenziate che conservano la capacità di trasformarsi in in qualunque tipo di cella, quali i neuroni o le celle di muscolo. Ciò le fa di grande interesse per i biologi inerenti allo sviluppo e delle applicazioni finali nella medicina, capire che cosa le rende differenti dalle celle mature.

Le ampie, singole di risoluzione mappe basse del primo genoma dei cytosines metilati in cellule staminali embrionali umane ed i fibroblasti fetali hanno evidenziato le grandi differenze fra i due. In celle embrionali, quasi un quarto di tutta la metilazione identificata era in un contesto della guanina (CG) della non citosina, mentre nelle celle fetali 99,98% dei methylcytosines erano nel contesto di GASCROMATOGRAFIA.

Mezzi di contesto Non CG era in CHG o in CHH, dove la H rappresenta l'adenina, le timine, o la citosina. Prima di questo, è stato creduto principalmente che quasi tutta la metilazione di DNA mammifero si presentasse nel contesto di CG, mentre questo studio ha indicato che può essere una funzionalità generale in cellule staminali embrionali umane.

La metilazione Non CG è sembrato essere persa sopra differenziazione. La metilazione non CG è stata riparata quando le celle fetali sono state manipolate nelle cellule staminali pluripotent incitate. Ciò egualmente dimostra che la metilazione di CHH e di CHG non è dovuto le differenze genetiche, ma invece è una caratteristica delle cellule staminali embrionali.

Lo studio precedente ha indicato che cellule staminali, se cellule staminali pluripotent incitate o cellula staminale embrionale, funzionalità epigenetiche comuni con metilazione. Le cellule staminali sono immensamente importanti per gli scopi terapeutici e lo studio sulle malattie. Differiscono dai somatociti dalle trasformazioni epigenomic, piuttosto che quelle genetiche, rendendo studiando il loro reticolo di metilazione altamente interessante.

Uno studio di approfondimento ha messo a fuoco sulle differenze fra le cellule staminali embrionali ed ha incitato le cellule staminali pluripotent ed ha trovato che mentre il loro reticolo di metilazione è molto simile ad un livello globale, la variazione sostanziale indotta di manifestazione pluripotent delle cellule staminali nel riprogrammare confrontato alle cellule staminali embrionali. Quindi, mentre WGBS ha contribuito a delucidare molto circa le cellule staminali, determinate domande ancora rimangono.

WGBS in biologia dello sviluppo

La metilazione del DNA è importante durante lo sviluppo normale in mammiferi. In particolare, la metilazione non CG è diffusa nelle cellule staminali ed in ovociti pluripotent.

I ricercatori hanno usato WGBS per esplorare questo concetto più ulteriormente e per scoprire che quasi due terzi di tutta la metilazione negli ovociti germinali della vescicola del mouse si presentano in un contesto non CG. Egualmente hanno trovato che la metilazione dei siti non CG si è accumulata durante la crescita dell'ovocita.

La metilazione Non CG è sembrato dipendere da alcuni methyltransferases in particolare, vale a dire il complesso di methyltransferases del DNA, cioè, il complesso di Dnmt3s-Dnmt3L. Al contrario, Dnmt1 è sembrato mantenere la metilazione di CG.

L'eredità di programmazione epigenetica è più comune in impianti che in mammiferi. Una messa a fuoco di studio sulla metilazione ha trovato che, usando WGBS, il germline dell'impianto ha conservato la metilazione di CHG e di CG. Ciò è contrariamente ai mammiferi in cui la metilazione di CHH è persa in microspores e spermi. Tuttavia, è riparata dal methyltransferase di de novo DNA guida da piccolo RNA dopo fertilizzazione.

WGBS per la diagnosi precoce delle malattie

Gli studi hanno dimostrato che WGBS può essere usato per individuare la metilazione anormale schermando per i geni soppressori iper-metilati specifici come si vede nei cancri quale la leucemia promyelocytic acuta, cancro gastrico ecc.

Applicazioni di WGBS in scienza legale

Gli studi legali sono stati effettuati sui campioni locali della farina di sangue facendo uso di WGBS dopo l'estrazione del DNA. L'uso di WGBS fornisce i campioni di alta qualità che migliorano l'analisi di metilazione del DNA sulle macchie legali.

Riassumendo, WGBS sta diventando sempre più popolare nello studio su metilazione del DNA dovuto la capacità di questa tecnica di stimare la metilazione del DNA del DNA genomico bisolfuro-convertito ad una risoluzione del unico nucleotide.

Sebbene WGBS sia uno strumento molto efficiente per la comprensione riprogrammare epigenetico, è di importanza uguale per sviluppare e mantenere una tecnologia d'ordinamento redditizia che può essere utilizzata nei campi vari di ricerca scientifica.

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Last Updated: Oct 31, 2018

Sara Ryding

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Sara Ryding

Sara is a passionate life sciences writer who specializes in zoology and ornithology. She is currently completing a Ph.D. at Deakin University in Australia which focuses on how the beaks of birds change with global warming.

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