Die Messung der differentiell methylierter<em> INS</em> DNA-Spezies in Humanserumproben als Biomarker von Islet β Cell Death
Summary
Islet β cell death precedes development of type 1 diabetes, and detecting this process may allow for early therapeutic intervention. Here, we provide a detailed description of how to measure differentially methylated INS DNA species in human serum as a biomarker of β cell death.
Abstract
The death of islet β cells is thought to underlie the pathogenesis of virtually all forms of diabetes and to precede the development of frank hyperglycemia, especially in type 1 diabetes. The development of sensitive and reliable biomarkers of β cell death may allow for early therapeutic intervention to prevent or delay the development of diabetes. Recently, several groups including our own have reported that cell-free, differentially methylated DNA encoding preproinsulin (INS) in the circulation is correlated to β cell death in pre-type 1 diabetes and new-onset type 1 diabetes. Here, we present a step-by-step protocol using digital PCR for the measurement of cell-free INS DNA that is differentially methylated at cytosine at position -69 bp (relative to the transcriptional start site). We demonstrate that the assay can distinguish between methylated and unmethylated cytosine at position -69 bp, is linear across several orders of magnitude, provides absolute quantitation of DNA copy numbers, and can be applied to samples of human serum from individuals with new-onset type 1 diabetes and disease-free controls. The protocol described here can be adapted to any DNA species for which detection of differentially methylated cytosines is desired, whether from circulation or from isolated cells and tissues, and can provide absolute quantitation of DNA fragments.
Introduction
Typ – 1 – Diabetes (T1D) ist eine Autoimmunerkrankung , die durch die Zerstörung der Insulin produzierenden Inselzellen β – Zellen durch autoreaktive T – Zellen 1 gekennzeichnet ist. Die Diagnose von T1D ist in der Regel bei der Messung von Hyperglykämie (Blutzucker> 200 mg / dl) in einem schlanken, jungen Person gemacht, die mit einer Ketoazidose als Beweis für Insulinmangel darstellen könnten. Zum Zeitpunkt der Diagnose von T1D gibt es Hinweise für einen wesentlichen Verlust von β – Zellfunktion und Masse (50-90%) 2. In klinischen Studien wurden mehrere immunmodulatorischen Medikamente, die zum Zeitpunkt der Diagnose eingeleitet wurden führte zur Stabilisierung der β-Zellfunktion (und vermutlich Masse), aber keine haben in klinischer Remission der Erkrankung führte, eine Feststellung, dass die Forderung nach der Entwicklung erhöht hat von Biomarkern für frühere Erkennung der Krankheit und für die Längs Verfolgung der Wirksamkeit von Kombinationstherapien 3,4. Die Bemühungen der internationalen Konsortien, eine solchedas Human Islet Research Network Consortium s an den National Institutes of Heath 5, haben die Notwendigkeit zur Entwicklung von Biomarkern betont , dass in T1D auf β Zellstress und Tod konzentrieren.
Im Einklang mit diesen Bemühungen haben unsere Gruppe und andere kürzlich Biomarker – Assays entwickelt, die epigenetisch modifizierte DNA – Fragmente messen zirkulierenden , die von sterbenden β – Zellen 6 in erster Linie entstehen – 9. In allen veröffentlichten Assays bisher hat sich der Schwerpunkt auf die Quantifizierung des humanen kodierenden Gens Präproinsulin (INS) gewesen, der größer Grade unmethylierte CpG – Stellen in den Codierungs- und Promotorregionen im Vergleich zu anderen Zelltypen veranschaulicht. Die Befreiung von nicht – methylierten INS DNA – Fragmente wurde die Hypothese aufgestellt , als in erster Linie vom Sterben (nekrotischen, apoptotischen) β – Zellen entstehen. Unsere jüngsten Studien haben gezeigt , dass in der Jugend, Erhöhungen in sowohl unmethylierte und methylierte DNA INS an Position -69 bp (bezogen auf ter Transkriptionsstartstelle) wurden in neu einsetzende T1D beobachtet und diente zusammen als spezifische Biomarker für diese Population 6. Diese Biomarker Assays beinhalten die Isolierung von zellfreien DNA aus Serum oder Plasma unter Verwendung handelsüblicher Kits Spin, gefolgt von einer Bisulfit-Umwandlung von der isolierten DNA (an nicht-methylierte Cytosine bis uracile konvertieren, so dass methylierte Cytosine intakt).
In diesem Bericht beschreiben wir die technischen Aspekte der Serumprobe Sammlung, Isolierung von zellfreien DNA aus Serum, Bisulfitumwandlung und Leistung von Tröpfchen digitalen PCR (von nun an, digitale PCR) für differentiell methyliert INS DNA.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Methylierung von Cytosin durch DNA-Methyltransferasen ermöglicht die epigenetische Kontrolle der Transkription bei vielen Genen. Das INS – Gen beim Menschen wird fast ausschließlich in islet β – Zellen exprimiert, und es scheint Silencing seiner Transkriptions 11 eine Korrelation zwischen der Häufigkeit der Methylierung von Cytosin in dem INS – Gen zu sein. Als solches zeigen die meisten Zelltypen wesentlich höhere Frequenzen der Methylierung des INS – Gen an verschiedenen …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by National Institutes of Health grant UC4 DK104166 (to RGM). We wish to acknowledge the assistance of the Indiana Diabetes Research Center Translation Core supported by National Institutes of Health grant P30 DK097512.
Materials
| Red Top Vacutainer | Beckon Dickinson | 366441 | no additive, uncoated interior, 10 ml |
| Cryovial Tube | Simport | T310-3A | polypropylene, screw cap tube, any size |
| QIAamp DNA Blood Mini Kit | Qiagen | 51106 | |
| Poly(A) | Sigma | P9403 | disloved in TE buffer (10 mM Tris-Cl pH 8.0 + 1 mM EDTA) to 5 µg/µl |
| Absolute Ethanol (200 Proof) | Fisher Scientific | BP2818-500 | |
| DPBS (with CaCl and MgCl) | Sigma | D8662 | |
| 0.2 mL PCR 8-strip Tubes | MidSci | AVST | |
| 8-strip Caps, Dome | MidSci | AVSTC-N | |
| EZ DNA Methylation-Lightning Kit | Zymo | D5031 | |
| ddPCR Supermix for Probes (No dUTP) | Biorad | 1863024 | |
| Buffer Control for Probes | Biorad | 1863052 | |
| Human Unmethylated/Methylated Primer/Probe mix | Life Technologies | AH21BH1 | |
| EcoR1 | New England Biolabs | R0101L | |
| twin.tec PCR Plate 96, semi-skirted | Eppendorf | 951020346 | |
| Pierceable Foil Heat Seal | Biorad | 1814040 | |
| PX1 PCR Plate Sealer | Biorad | 1814000 | |
| QX200 AutoDG Droplet Digital PCR System | Biorad | 1864101 | |
| Automated Droplet Generation Oil for Probes | Biorad | 186-4110 | |
| DG32 Cartridge for Automated Droplet Generator | Biorad | 186-4108 | |
| Pipet Tips for Automated Droplet Generator | Biorad | 186-4120 | |
| Pipet Tip Bins for Automated Droplet Generator | Biorad | 186-4125 | |
| C1000 Touch Thermal Cycler | Biorad | 1851197 | |
| QX200 Droplet Reader | Biorad | 186-4003 | |
| ddPCR Droplet Reader Oil | Biorad | 186-3004 |
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