母体血漿DNAの全ゲノムバイサルファイトシーケンシングによる、非侵襲的胎児メチローム解析 F.M.F. Lun, R.W.K. Chiu, K. Sun, T.Y. Leung, P. Jiang, K.C.A. Chan, H. Sun, and Y.M.D. Lo November 2013 www.clinchem.org/content/59/11/1583.full © Copyright 2013 by the American Association for Clinical Chemistry
背景 エピジェネティクス DNA配列の変化なしでDNAの遺伝子発現、もしくは発現された機能を変化する細胞と生物学的機構を言う。 エピジェネティク機構の例は、DNAのメチル化、ヒストン修飾、クロマチンリモデリング、ノンコーディングRNAである。 DNAメチル化 DNAのメチル化は、最もよく研究されているエピジェネティク現象の1つで、シトシンのメチル化の形がほとんどである。これはCpGジヌクレオチド中のシトシン残さの５‘カーボンに、メチル基の添加を呼ぶ。
背景 DNAメチル化と進展 DNAのメチル化は、遺伝子発現、遺伝子プロモーター機能、X染色体の不活性化、ゲノムインプリンティングの制御に役割を果す。 研究者は胎児、もしくは胎盤に関係した病変に関わる異常なメチル化と同様に、胎児の成長と発育におけるDNAのメチル化の役割を研究することに非常に興味を持っている。 しかしながら、胎児、もしくは胎盤組織は、出産前に生育可能な受胎から容易に入手できない。
背景 循環している細胞フリー胎児DNA 妊娠中、消えようとしている胎盤細胞からのほとんどのDNAは、母親の血液中に放出される。そのような胎児DNA分子は、母体血漿中の母親のDNAの主要なバックグラウンドでみつけられる。 循環している胎児DNA分子は、自然界で細胞フリーで、短いフラグメントとして存在している 故に、細胞フリーの胎児DNAは、母親の血液サンプルの採取後、非侵襲的にサンプルされる胎児ゲノム原料のソースである。
論点 胎盤組織のDNAメチル化プロファイルを研究する際に、大きな研究組織がある。 研究者は今までに何を見つけていますか。
材料と方法 非侵襲的胎児と胎盤メチローム解析 末梢血サンプルは、妊娠初期、妊娠後期、出産後に妊娠女性から採取された。 母体血漿DNAは、大量にパラレルバイサルシーケンシングを受けた。 バイオインフォマックス手順は、バックグラウンド母体DNAから胎児と胎盤のメチル化を区別することに適用された
論点 母体DNAの大きなバックグラウンドの存在にも関わらず、母体血漿からの胎児/胎盤メチル化プロファイルを決定する研究に使用されている、2つの異なったアプローチを説明せよ
材料と方法 血漿DNAバイサルファイトシーケンシングによるトリソミー21の検出 末梢血サンプルは、出産前のダウン症候群のスクリーニングと同様に妊娠女性から採取された。 母体血漿DNAは、大量にパラレルバイサルファイトシーケンシングを受けた。 染色体21由来の血漿DNA分子のメチル化密度は、その他の染色体のメチル化密度によって標準化された。
結果 胎盤メチロームの非侵襲的全ゲノムプロファイリング 母体血漿の分析によって、胎盤組織のメチル化プロファイルが全ゲノム法でうまく決定された。 このアプローチの非侵襲性の性質は、研究された妊娠状態として示されたような妊娠の間、ずっと胎盤組織メチル化プロファイルの変化を連続的にモニターできるようになった。 胎盤DNAは低メチル化の状態を示した
妊娠初期サンプルの全ゲノムメチル化プロファイル 図 1. 1-Mb bin毎のメチル化密度のサーコスプロット。 染色体イデオグラム (最も外側の部分)は時計回りの方向で、染色体末端に向けられている（セントロメアは赤で示されている）。2番目の外側のトラックは20.000部位までの一致する1-Mb領域中のCpG部位数を示している。一致している1-Mb領域のメチル化密度は中心に示されている カラースキームをベースとしたその他のトラックで示されている。内側から外側に向かって、絨毛膜絨毛サンプル、母体血漿中の胎児特異的リード、母体血漿中の共通リード、母体血漿中の結合した胎児と非胎児リード、母体血球
結果 応用 その研究は、さらにトリソミー21の非侵襲的評価、遺伝子のインプリンティング状態、遺伝子座のDNAメチル化における妊娠期間依存的変化、DNAメチル化と血漿DNAフラグメントのサイズとの相関関係、胎盤組織特異的メチル化マーカーにおける非侵襲的検査を可能にすることを示している。 その他の可能性のある応用は、論文に添付している論評にも記載されている。
図 2. トリソミー21の検出 正倍数体とトリソミー21の妊娠期から集めた母体血漿サンプルの標準化された21染色体のメチル化密度プロット
Table 2. 母体血漿DNAシーケンシングデータから予測された胎盤組織特異的メチル化部位数
図 3. メチル化密度と血漿DNA分子サイズ 妊娠初期の母体血漿。少なくとも1つのCpG部位をカバーしたすべてのシーケンスされたリードデータは青線で表現されている。胎児特異的SNPアレルも含むリードデータは緑線で表現されている。
論点 他の応用として、この研究で開発された方法論によって何を調査することができましたか？
Accompanying Editorial: Oudejans C.B.M. Maternal Plasma Bisulfite DNA Sequencing: Tomorrow Starts Today. Clinical Chemistry 2013;59:1547-9.
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