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比较研究
.2010年10月；28(10):1106-14.
doi:10.1038/nbt.1681。 Epub 2010年9月19日。

全基因组DNA甲基化定位技术的定量比较

克里斯托夫·博克 1, 埃利尼·M·托马祖, 阿里·布林克曼, 费边·米勒, Femke炖肉, 顾洪苍, 娜塔莉·贾格尔, 安德烈亚斯·尼尔克, Hendrik G Stunnenberg公司, 亚历山大·迈斯纳
附属机构
比较研究

全基因组DNA甲基化定位技术的定量比较

克里斯托夫·博克等。 Nat生物技术. 2010年10月.

摘要

DNA甲基化在真核基因表达调控中起着关键作用。尽管DNA甲基化的模式在细胞分化、疾病和环境影响下经常发生变化，但随着时间的推移，其有丝分裂遗传和稳定。已经开发了几种方法来在基因组尺度上绘制DNA甲基化。在这里，我们通过分析两种来源于基因无关胚胎的人类胚胎干细胞系和一对来自同一供体的结肠肿瘤和相邻正常结肠组织的匹配细胞系，对其中四种方法进行了基准测试。我们的分析表明，甲基化DNA免疫沉淀测序（MeDIP-seq）、甲基化DNA亲和纯化捕获（MethylCap-seq）、亚硫酸氢盐还原测序（RRBS）和Infinium HumanMethylation27分析都能产生准确的DNA甲基化数据。然而，这些方法在检测成对样品之间差异甲基化区域的能力上有所不同。我们强调了这四种方法的优缺点，并为表观基因病例对照研究的设计提供了实用建议。

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数字

图1
图1。DNA甲基化技术比较概述
在两对样品上比较了四种DNA甲基化绘图方法。对得到的16个DNA甲基化图谱进行生物信息学分析，并相互进行基准测试。此外，对选定的基因组区域进行亚硫酸氢钠克隆测序，以验证仅通过一种方法检测到的DNA甲基化差异。
图2
图2。用MeDIP、MethylCap、RRBS和Infinium获得的DNA甲基化图谱的比较
使用MeDIP（前两个轨道，绿色）、MethylCap（三个轨道，蓝色、灰色和红色）、RRBS（叠加蓝色轨道）和Infinium（带百分比值的单个黑色轨道）生成DNA甲基化图，并转换为UCSC基因组浏览器轨道。屏幕截图显示了人类ES细胞系（HUES6）中的HOXA簇。每个轨迹表示来自单个测序通道（MeDIP、MethylCap、RRBS）或微阵列杂交（Infinium）的数据。MeDIP和MethylCap数据在视觉上与ChIP-seq数据相似，在表现出高密度靶分子（5-甲基胞嘧啶）的区域中具有峰值，在具有低密度甲基化胞嘧啶的区域中具有波谷。峰值的高度表示每个基因组间隔中的读取次数，每个轨道归一化为相同的全基因组读取计数（注意，甲基盖轨道相对于MeDIP轨道的两倍压缩标度，这表明甲基盖轨道的动态范围高于MeDIP）。RRBS产生了具有绝对DNA甲基化测量值的CpG簇，这些CpG被区域分开，这些区域由于RRBS协议的还原性而未被覆盖。每个数据点对应于单个CpG的甲基化水平，深蓝色点表示甲基化水平高于浅蓝色点。Infinium数据以与RRBS数据相似的方式表示，单个CpG的甲基化水平以百分比值表示。三个灰色柱突出显示了说明富集方法具体特性的区域：（1）一个启动子区域，CpG-poor，因此不能被MeDIP或MethylCap检测到，与DNA甲基化水平无关；（2） 启动子区域包含许多CpG，但DNA甲基化水平低，这也导致没有MeDIP和MethylCap峰；和（3）一个CpG岛，MeDIP和MethylCap均表现出强烈的富集峰，尽管RRBS数据表明其仅部分甲基化。作为参考，CpG密度由图底部的堆叠点（黑色）表示，CpC岛（红色）和已知基因（蓝色）如前所述列出，。在UCSC基因组浏览器中，所有DNA甲基化图谱都可以作为自定义轨迹在线提供，用于交互式可视化(http://meth-benchmark.computional-epigenetics.org/).
图3
图3。用MeDIP、MethylCap和RRBS定量DNA甲基化
根据分别通过MeDIP（图A）、MethylCap（图B）和RRBS（图C）获得的数据计算绝对DNA甲基化水平，并将其与通过Infinium测定确定的DNA甲基化水平进行比较。对于MeDIP和MethylCap，在Infinium分析询问的每个CpG周围的1千碱基区域中计算测序读数，并使用回归模型推断绝对DNA甲基化水平。在未用于模型拟合或特征选择的测试集上计算散点图和相关系数。对于RRBS，DNA甲基化水平被确定为通过Infinium分析检测的每个CpG周围200个碱基对内甲基化CpG的百分比。显示的数据是关于HUES6人类ES细胞系的，排除了没有足够测序覆盖率的区域。
图4
图4。MeDIP、MethylCap、RRBS和Infinium的基因组覆盖率
基因组覆盖率通过与CpG岛（顶行）、基因启动子（中行）和基因组1千碱基拼接（底行）重叠的DNA甲基化测量数进行量化。对于MeDIP和MethylCap，测量的数量等于每个区域内唯一的测序读数的数量。对于RRBS，它是指每个区域内CpG处有效DNA甲基化测量的数量（一个RRBS测序读取通常产生一个测量值，但如果它包含多个CpG，也可能产生多个测量值）。对于Infinium，测量数量等于HumanMethylation27微阵列上每个区域内的CpG数量。CpG岛使用CgiHunter计算(http://cgihunter.bioinf.mpi-inf.mpg.de/)，要求观察到的最小CpG与预期比率为0.6，最小GC含量为0.5，最小长度为700个碱基对。启动子区域是根据合集基因注释计算的，因此该区域从注释转录起始位点（TSS）上游的一个千碱基开始，延伸到TSS下游的一个千碱基。基因组拼接是通过在基因组中滑动一个1千碱基的窗口来获得的，这样每一块瓷砖都从上一块瓷砖的结束位置开始。三种类型的基因组区域均未进行重复标记。显示了HUES6人类ES细胞系的数据。
图5
图5。用MeDIP、MethylCap和RRBS检测差异甲基化区域
计算每个CpG岛的平均DNA甲基化测量值，并在两个人类ES细胞系（HUES6和HUES8）之间进行比较。MeDIP（面板A）和MethylCap（面板B）显示了总读取频率，RRBS（面板C）显示了平均DNA甲基化水平。排除测序覆盖率不足的区域。维恩图（面板D）显示了每种方法可以识别的差异甲基化CpG岛的总数和相互重叠。如果绝对DNA甲基化差异超过20%（对于RRBS）或如果两个样本之间的读取数至少有两倍的差异（对于MeDIP和MethylCap），CpG岛被分类为高甲基化或低甲基化（取决于差异的方向性）-但只有当Fisher的精确测试和多次测试校正导致差异DNA甲基化的估计假发现率小于0.1时。
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中的注释

  • 测量甲基组。
    贝克·S。 贝克·S。 国家生物技术公司。2010年10月；28(10):1026-8. doi:10.1038/nbt1010-1026。 国家生物技术公司。2010 PMID：20944589

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