DNA甲基化是指在DNA甲基轉移酶（DNA methyltransferase, 縮寫DNMT）的作用下，在 DNA 鏈中的一個堿基上添加一個甲基基團，是一種關鍵的表觀遺傳修飾。在哺乳動物中，DNA 甲基化主要發(fā)生在胞嘧啶堿基的第五個碳原子上，形成 5-甲基胞嘧啶或 5-甲基胞嘧啶核苷 (5-mC)。DNA 甲基化幾乎只存在于 CpG 二核苷酸上，是一個關鍵的表觀遺傳標記和基因表達調控因子。DNA 甲基化過程在一些生物學現(xiàn)象中起重要作用，例如在高等真核生物中，DNA 甲基化參與調控染色體穩(wěn)定性、印記、X 染色體失活和癌變等多個細胞過程，是生物體重要的表觀調控機制之一。
全基因組DNA甲基化測序（Whole-genome bisulfite sequencing，WGBS），其原理是用重亞硫酸鹽(Bisulfite) 處理DNA序列，首先將基因組中未發(fā)生甲基化的 C 堿基轉換成 U，從而與原本具有甲基化修飾的堿基C區(qū)分開來，然后進行PCR擴增，結合高通量測序技術，可獲得全基因組范圍內單堿基分辨率的所有DNA甲基化情況，信息最為豐富、全面，繪制全基因組范圍內繪制單堿基分辨率的DNA 甲基化圖譜。
應用方向
干細胞分化：干細胞，無論是誘導多能干細胞還是胚胎干細胞，都具有非常相似的DNA甲基化修飾特征，干細胞在分化過程中可能存在表觀基因組轉化，而不是遺傳轉化。
發(fā)育生物學：在原生殖細胞和胚胎發(fā)育的整個過程中，DNA甲基化模式會發(fā)生全基因組范圍內的重排。DNA甲基化模式改變能引包括染色體狀態(tài)改變在內的一系列變化，進而決定細胞分化的方向。維持正常的DNA甲基化模式和甲基化水平,是胚胎正常發(fā)育以及組織特異性分化所必需的。
疾病診斷： WGBS用于檢測相關基因的異常甲基化 比如腫瘤細胞中，抑癌基因啟動子區(qū)CpG島被高度甲基化，抑制了抑癌基因的表達，從而導致腫瘤發(fā)生，如急性早幼粒細胞白血病、胃癌等。
技術優(yōu)勢
1. 測精度高，單堿基分辨率，精確分析每一個C堿基的甲基化狀態(tài)
2. 檢測范圍廣，實現(xiàn)全基因組水平上甲基化研究
3. 先進的測序平臺，采用DNBSEQ-T7測序平臺，結果更可靠
4. 一站式服務，提供樣品處理、建庫、測序和分析的全套服務，更可以提供多組學聯(lián)合分析
技術流程
圖1 WGBS實驗流程
送樣建議
樣本來源：人、大鼠和小鼠（其他樣本類型請咨詢）
新鮮或凍存組織樣本1 -2g
新鮮或凍存細胞系樣本≥10^7個cell
DNA總量≥6μg，濃度≥50ng/μL
結果展示
圖2 甲基化C 位點比例分布圖
(不同顏色代表不同context 下甲基化C 位點，各部分面積的大小代表相應context 下甲基化C 位點的比例)
圖3 甲基化位點在基因組上的分布
（不同顏色折線代表以10 kb為窗口，窗口內不同甲基化胞嘧啶占該類型胞嘧啶的比例）
圖4 差異甲基化區(qū)域相關基因的KEGG通路分析
經典案例：Pilocytic astrocytoma demethylation and transcriptional landscapes link bZIP transcription factors to immune response[1].
背景
上皮星形細胞瘤（PA）是最常見的小兒腦腫瘤。盡管已有研究者對基因組和轉錄組水平進行了充分的研究，但仍缺乏完整的甲基化組，腫瘤細胞組成和免疫浸潤的數(shù)據(jù)和研究進展。
方法
研究者對 9個PA 和16個對照樣品進行了全基因組亞硫酸氫鹽測序 (WGBS) 和分析，并整合數(shù)據(jù)庫的154個PA和57個對照甲基化芯片數(shù)據(jù)。同樣地，也對 49個PA和11個對照樣品進行轉錄組測序。
結論
WGBS數(shù)據(jù)的分析顯示，與對照組織相比，PA組織中有9381個顯著差異的甲基化區(qū)域（DMR），且DMR的motif分析發(fā)現(xiàn)，這些DMR受到五個不同的TF家族的增強子和轉錄因子（TF）調控。甲基化和轉錄組數(shù)據(jù)的反卷積分析表明，與正常組織相比，PA中免疫細胞浸潤具有顯著變化。轉錄因子網絡分析表明， bZIP轉錄因子與參與免疫相關過程的基因之間存在調控關系。作者為甲基化差異、基因表達差異與免疫細胞浸潤之間的關系提供了關鍵證據(jù)。
圖5 腫瘤低甲基化區(qū)域富含增強子和 bZIP 轉錄因子結合位點
參考文獻：Aichmüller, C.F., et al., Pilocytic astrocytoma demethylation and transcriptional landscapes link bZIP transcription factors to immune response. Neuro-Oncology, 2020. 22(9): p. 1327-1338.
