850K甲基化芯片

甲基化是指在 DNA 甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下，在基因組 CpG 二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共價(jià)鍵結(jié)合一個(gè)甲基基團(tuán)。DNA 甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA 構(gòu)象、DNA 穩(wěn)定性及DNA 與蛋白 質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。

850K甲基化芯片包含>850,000個(gè) CpGs， 分布于增強(qiáng)子、基因編碼區(qū)、啟動(dòng)子區(qū)和 CpG 島。相比較于全基因組甲基化檢測(cè)，該芯片周期短、價(jià)格低，并可以接受 FFPE 樣本。

檢測(cè)原理

850K 甲基化芯片流程展示

探針一：

對(duì)于每個(gè)甲基化位點(diǎn)，都對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)有兩種探針：M 型磁珠、U 型磁珠。M 型磁珠尾部為 G，用來(lái)檢測(cè)甲基化位點(diǎn)；U型磁珠尾部為 A，用來(lái)檢測(cè)未甲基化位點(diǎn)。

基因組上的某一位點(diǎn)如果被甲基化了，那么在亞硫酸氫鹽的處理下，GC 仍為 GC，與M 型磁珠配對(duì)，熒光標(biāo)記的核苷酸摻入后能被檢測(cè)到熒光信號(hào)，M 型磁珠發(fā)光。反之，如果沒(méi)有被甲 基化，那么在亞硫酸氫鹽的處理下，GC 變?yōu)?GT，與 U 型磁珠配對(duì)，延伸后U 型磁珠發(fā)光。

探針二：：

Infinium Ⅱ 探針只使用一種磁珠，探針末端為 C，配對(duì)后只摻入單個(gè)堿基。根據(jù)熒光類(lèi)型判斷摻入的堿基類(lèi)型，即可判斷是否被甲基化。

芯片位點(diǎn)

（1）>90%的 HumanMethylation450 BeadChip 位點(diǎn)
（2）CpG 島以外的 CpG 位點(diǎn)
（3）人類(lèi)干細(xì)胞中的非 CpG 甲基化位點(diǎn)（CHH位點(diǎn)）
（4）腫瘤（多種類(lèi)型的癌癥）VS 正常樣本中的不同甲基化位點(diǎn)，可以檢測(cè)多種樣本類(lèi)型
（5）FANTOM5 增強(qiáng)子
（6）ENCODE 開(kāi)放染色質(zhì)和增強(qiáng)子
（7）脫氧核糖核酸酶超敏位點(diǎn)
（8）miRNA 啟動(dòng)子區(qū)域

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）廣泛的基因組覆蓋范圍：每個(gè)樣本檢測(cè)>850,000個(gè) CpG 位點(diǎn)。
（2）分辨率高：?jiǎn)螇A基分辨率，可以直接檢測(cè)到發(fā)生甲基化的確切位點(diǎn)。
（3）高質(zhì)量的數(shù)據(jù)：同時(shí)采用 Infinium I 及 II 探針設(shè)計(jì)，使檢測(cè)范圍最大化。
（4）可重復(fù)性高：自身技術(shù)重復(fù)相關(guān)性R2>0.98；850K VS 450K 交集探針間相關(guān)性R2>0.98。
（5）起始模板量低：僅需250 ng，大大節(jié)約了樣本量。
（6）適用于 FFPE 樣品。

科學(xué)方案設(shè)計(jì)

從材料選取、探針捕獲、到檢測(cè)分析，每一步都需要科學(xué)、縝密的設(shè)計(jì)，以保障高質(zhì)量研究成果。

信息分析

850K甲基化芯片可以進(jìn)行DMP、DMR信息挖掘，并進(jìn)行系列數(shù)據(jù)分析，助力高分文章發(fā)表

結(jié)果展示

數(shù)據(jù)質(zhì)控

對(duì)下機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)控以及標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)樣本 beta 值密度曲線圖、PCA、箱線圖等展示樣本間、組間的甲基化情況 以及相互關(guān)系，能夠?qū)?xiàng)目樣本的整體情況有個(gè)直觀了解，初步分析樣本情況是否滿足預(yù)期的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

差異甲基化位點(diǎn)分析

差異甲基化位點(diǎn)（differentially methylated CpG positions，DMP）是甲 基化研究的主要環(huán)節(jié)，對(duì)于尋找后續(xù) biomarker 有重要意義。DMP 分析 通過(guò)比對(duì) case 組與 control 組的 β 值獲得Δβ值，從而得到 case 組差異甲 基化位點(diǎn)；DMP的展示可以通過(guò)繪制火山圖、散點(diǎn)圖、熱圖等來(lái)反應(yīng)組間 整體差異情況。

圖3 組間差異甲基化位點(diǎn)火山圖示例

差異性甲基化區(qū)域

在基因組中差異甲基化位 點(diǎn)經(jīng)常會(huì)成 簇出現(xiàn)，形成一段差異性甲基化區(qū)域 （Differentially Methylated Region，DMR），區(qū)段的范圍小至數(shù)百 bp，大到 Mb 級(jí)別，DMR被認(rèn)為在基因印記調(diào)節(jié)中起重要作用。

圖4 DMR 展示示例圖

Gene Ontology

Gene Ontology（簡(jiǎn)稱 GO）是基因功能?chē)?guó)際標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)體系。 作為基因本體聯(lián)合會(huì)（Gene Onotology Consortium）所建 立的數(shù)據(jù)庫(kù)，它旨在建立一個(gè)適用于各種物種的，對(duì)基因和蛋 白質(zhì)功能進(jìn)行限定和描述的，并能隨著研究不斷深入而更新 的語(yǔ)言詞匯標(biāo)準(zhǔn)。GO 分為分子功能（Molecular Function）、生物過(guò)程（Biological Process）、和細(xì)胞組成（Cellular Component）三個(gè)部分?；蚧虻鞍踪|(zhì)可以通過(guò) ID 對(duì)應(yīng) 或者序列注釋的方法找到與之對(duì)應(yīng)的 GO 編號(hào)，而 GO 編號(hào)可 用于對(duì)應(yīng)到 Term，即功能類(lèi)別或者細(xì)胞定位。

圖5 分子功能示例圖

KEGG pathway

KEGG 可利用分子水平信息，尤其是大型分子數(shù)據(jù)集 生成的基因組測(cè)序數(shù)據(jù)和其他高通量實(shí)驗(yàn)技術(shù)的實(shí) 用程序數(shù)據(jù)庫(kù)資源，把從得到的基因目錄與更高級(jí)別 的細(xì)胞、物種和生態(tài)系統(tǒng)水平的系統(tǒng)功能關(guān)聯(lián)起來(lái)， 用以了解高級(jí)功能和生物系統(tǒng)（如細(xì)胞、生物和生態(tài) 系統(tǒng)）。

圖6 顯著富集 KEGG pathway 示例圖

Functional Epigenetic Modules 分析

DNA 甲基化會(huì)調(diào)控基因的表達(dá)水平，進(jìn)而影響基因的相互作用。將 基因的相互作用網(wǎng)絡(luò)和差異甲基化信息結(jié)合起來(lái)，基于那些甲基化 水平發(fā)生差異的基因，從整個(gè)相互作用網(wǎng)絡(luò)挖掘出這些基因的相互 作用模塊，這些模塊可以看作是與樣本表型數(shù)據(jù)相關(guān)的基因集合， 這種研究方式叫做 Functional Epigenetic Modules（FEMs）。圖中 的每個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)基因，其相互關(guān)系是 PPI 網(wǎng)絡(luò)中定義好的，節(jié)點(diǎn) 的顏色根據(jù)差異甲基化的 T 值定義，小于-1.5的為白色到黃色的漸 變色，大于1.5為淺藍(lán)色到藍(lán)色的漸變色，中間的是灰色。

圖7 FEM 示例圖

拷貝數(shù)變異

據(jù)報(bào)道，拷貝數(shù)變異（Copy number variations，CNV）與許多疾病的發(fā)生發(fā)展有重 要關(guān)系。對(duì)于同一個(gè)樣本，挖掘多組學(xué)信息可以更好地解釋疾病的發(fā)生與發(fā)展，已成 為一種流行趨勢(shì)。通過(guò)850K 甲基化芯片檢測(cè)，可以在得到樣本甲基化情況的同時(shí)， 獲得拷貝數(shù)變異信息。如下圖，橫坐標(biāo)代表染色體位置；縱坐標(biāo)代表矯正后的綜合強(qiáng) 度值，每一個(gè)綠色、紅色的點(diǎn)代表一個(gè)探針倉(cāng) bins，藍(lán)色線為一個(gè) segment（通過(guò)合 并相同拷貝數(shù)狀態(tài)的 bins 獲得）。整 體上看，離0越遠(yuǎn)表明 CNV 變異越大。

圖8 CNV 示例圖

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