2024年11月4日,國(guó)際化學(xué)類頂級(jí)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)國(guó)際版》(Angewandte Chemie-international Edition)(IF 16.1)上發(fā)表了題為《LAMP-MS for Locus-Specific Visual Quantification of DNA 5mC and RNA m6A Using Ultra-Low Input》的研究論文。報(bào)道了一種基于核酸質(zhì)譜平臺(tái)的創(chuàng)新甲基化檢測(cè)方法,該工作由復(fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)院胡璐璐研究員團(tuán)隊(duì)、華山醫(yī)院消化科劉杰主任團(tuán)隊(duì)、美國(guó)芝加哥大學(xué)何川院士團(tuán)隊(duì)攜手柏锘(上海)醫(yī)療科技有限公司共同完成。

該研究中所使用的飛行時(shí)間質(zhì)譜平臺(tái)為聚光科技生命科學(xué)板塊旗下聚致生物(GenWish)自主研發(fā)的GeneTOF 3100核酸質(zhì)譜分析系統(tǒng)。


液體活檢技術(shù)通過收集血液中來自各種組織的游離DNA(cfDNA),對(duì)其中包含的生物標(biāo)志物(如基因突變、甲基化或羥甲基等表觀修飾)進(jìn)行檢測(cè),具有無創(chuàng)、高效的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的各種檢測(cè)技術(shù)(例如胃腸鏡、血清標(biāo)志物)相比,液體活檢在臨床上具有革命性的優(yōu)勢(shì),在癌癥等疾病的早篩早診、預(yù)后監(jiān)測(cè)、療效評(píng)估等諸多方面有廣闊的應(yīng)用前景。

DNA甲基化作為一種重要的表觀遺傳修飾,可在腫瘤發(fā)生的早期被檢測(cè)到,且具有較好的穩(wěn)定性,因此成為腫瘤液體活檢中一個(gè)極具價(jià)值的生物標(biāo)志物。但是,目前基于亞硫酸氫鹽測(cè)序技術(shù)的甲基化檢測(cè)方法,很難避免DNA的降解;且高通量測(cè)序成本較高,實(shí)驗(yàn)后的分析工作復(fù)雜;PCR檢測(cè)涵蓋的位點(diǎn)也有限,因此開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、可靠、通量靈活且能夠覆蓋多位點(diǎn)的新甲基化檢測(cè)方法,是非常具有意義的。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的LAMP-MS方法創(chuàng)造性地將線性擴(kuò)增和飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)結(jié)合在一起,只需要1ng血漿cfDNA,通過多重PCR和單堿基引物延伸,能夠在較短時(shí)間內(nèi)同時(shí)檢測(cè)數(shù)十個(gè)甲基化位點(diǎn)。該技術(shù)主要操作步驟如圖1所示:


LAMP-MS的完整工作流程

  • 從血漿中提取1ng的cfDNA樣本,經(jīng)過末端修復(fù)后,用含有甲基化雙鏈T7啟動(dòng)子的DNA接頭進(jìn)行連接;

  • 進(jìn)行亞硫酸氫鹽處理后,非甲基化的胞嘧啶(dC)轉(zhuǎn)化為尿嘧啶(dU),而甲基化的胞嘧啶(5mC)保持不變;

  • 使用T7 RNA聚合酶進(jìn)行無偏好性線性擴(kuò)增,產(chǎn)生μg數(shù)量級(jí)的RNA產(chǎn)物;

  • 逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生微克水平的cDNA;

  • 通過序列特異性PCR對(duì)含有特定DNA甲基化位點(diǎn)的DNA片段進(jìn)行指數(shù)擴(kuò)增;

  • 對(duì)特定的DNA片段進(jìn)行文庫(kù)構(gòu)建和淺測(cè)序(1~2G深度),稱為靶向LAMP-Seq,以確定5mC的化學(xué)計(jì)量;

  • 利用位點(diǎn)特異性引物進(jìn)行單堿基延伸,如果延伸位點(diǎn)配對(duì)的是ddATP,代表此處為未甲基化的C,如果是ddGTP則代表甲基化的5mC,通過相應(yīng)的質(zhì)譜峰計(jì)算 5mC/C 比值。

為驗(yàn)證LAMP-MS方法的性能,研究團(tuán)隊(duì)合成了含有0%、5%、10%、25%、50%、75%及100% 5mC的一系列DNA探針混合物,利用1ng的上述探針混合物對(duì)LAMP-MS方法進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明,LAMP-MS能夠準(zhǔn)確地定量測(cè)量從0%到100%的5mC(圖2A),圖2B中標(biāo)曲表明檢測(cè)準(zhǔn)確性和理論值高度吻合。此外,文章表示,LAMP-MS在1ng探針混合物體系下的檢測(cè)限為5%的5mC的甲基化率(圖2B)。

圖2A 使用1ng 5mC探針驗(yàn)證LAMP-MS方法的靈敏度和準(zhǔn)確性

圖2B 使用1ng 5mC探針驗(yàn)證LAMP-MS方法的靈敏度和準(zhǔn)確性

在臨床上,來自癌癥患者血漿cfDNA樣本的生物標(biāo)志物豐度因人而異,因此研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用真實(shí)樣本對(duì)LAMP-MS方法進(jìn)行了驗(yàn)證。從10名結(jié)直腸癌患者和10名非結(jié)直腸癌患者中各獲取1ng的cfDNA樣本,檢測(cè)了結(jié)直腸癌篩查中最具有代表性的標(biāo)志物——SEPTIN9基因的4個(gè)甲基化位點(diǎn),發(fā)現(xiàn)LAMP-MS能夠準(zhǔn)確測(cè)定四個(gè) SEPTIN9 位點(diǎn)的 5mC 甲基化率,且結(jié)直腸癌組和非結(jié)直腸癌組之間存在顯著差異,與高通量測(cè)序結(jié)果有很好的一致性(圖3)。

圖3 在結(jié)直腸癌和非結(jié)直腸癌患者中驗(yàn)證LAMP-MS方法

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,同樣的策略也可以拓展到RNA的定量檢測(cè)中,例如在大多數(shù)高等生物mRNA中含量最豐富、并且對(duì)于生命過程起著重要調(diào)節(jié)作用的m6A修飾的檢測(cè)。

研究團(tuán)隊(duì)將已發(fā)表的GLORI技術(shù)和核酸質(zhì)譜有機(jī)整合成為m6A Mass Array方法。該方法從HELA細(xì)胞中提取mRNA,將未甲基化的腺嘌呤轉(zhuǎn)化為肌苷,甲基化的m6A則保留下來。經(jīng)過末端修復(fù)、加接頭,再將mRNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA,作為模板進(jìn)行指數(shù)擴(kuò)增,然后在m6A位點(diǎn)進(jìn)行單堿基延伸,若延伸ddATP則對(duì)應(yīng)檢測(cè)位點(diǎn)為m6A,ddGTP對(duì)應(yīng)未甲基化的腺嘌呤。從而能夠計(jì)算出該位點(diǎn)的 m6A/A 比率。

對(duì)比HELA細(xì)胞mRNA中RXRA基因(100% m6A),TNFRSF10B基因(100% m6A)和FBXL19基因(53% m6A),及其各自鄰近的非甲基化腺嘌呤位點(diǎn),證明該m6A核酸質(zhì)譜方法能夠進(jìn)行有效的RNA甲基化定量檢測(cè)(圖4) 。

圖4 m6A核酸質(zhì)譜方法:流程及驗(yàn)證

綜上所述,LAMP-MS(及m6A MASS ARRAY方法)基于核酸質(zhì)譜技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)超低量樣本的甲基化檢測(cè),且結(jié)果可以直接可視化,不需要高通量測(cè)序繁復(fù)的數(shù)據(jù)分析處理過程該技術(shù)利用核酸質(zhì)譜前處理體系,在單反應(yīng)中可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)多個(gè)5mC位點(diǎn)的檢測(cè),且具有良好的特異性,在臨床上可用于同時(shí)篩查多種癌癥類型的標(biāo)志物;并且,質(zhì)譜檢測(cè)也具有極高的靈敏度和精密度,能夠在極低樣本量下提供高度可靠的分析結(jié)果,是低豐度變異標(biāo)志物檢測(cè)的理想平臺(tái);最后,核酸質(zhì)譜通量靈活,無需湊樣,能夠從容應(yīng)對(duì)大樣本量的臨床驗(yàn)證工作或小樣本量的研究工作。

因此,LAMP-MS技術(shù)有潛力作為表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域重要的實(shí)用工具,為科研工作者的實(shí)驗(yàn)室研究和臨床樣本檢測(cè)提供了經(jīng)濟(jì)且先進(jìn)的應(yīng)用方案。

原文鏈接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202413872


聚致生物核酸質(zhì)譜平臺(tái)

GeneTOF系列核酸質(zhì)譜分析系統(tǒng)是準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、高效的多重自動(dòng)化基因檢測(cè)平臺(tái),能夠在單反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)1~50個(gè)基因位點(diǎn)變異靶標(biāo)的精確檢測(cè),變異類型包括SNP突變、甲基化、拷貝數(shù)變異、基因融合、堿基插入/缺失等。在腫瘤防治、出生缺陷防控、藥物基因組、病原體檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

聚致生物

杭州聚致生物科技有限公司(簡(jiǎn)稱“聚致生物”)創(chuàng)立于2021年,總部位于浙江杭州,是國(guó)內(nèi)高端儀器裝備領(lǐng)軍企業(yè)——聚光科技生命科學(xué)旗下子公司,專注于生物質(zhì)譜類及相關(guān)儀器產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和推廣,致力于以先進(jìn)分析技術(shù)推動(dòng)生命科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,共建良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

聚致生物定位于上游儀器平臺(tái)供應(yīng)商,以開放的態(tài)度同生命科學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)機(jī)構(gòu)合作,共同培育終端應(yīng)用市場(chǎng),造福人類的美好生活。

聚致生物產(chǎn)品

GeneTOF系列 核酸質(zhì)譜分析系統(tǒng)


MEC-1000 核酸片段分析儀




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