Ici, nous décrivons une procédure pour l’analyse à l’échelle du génome de la méthylation de l’ADN dans les cancers gastro-intestinaux. La procédure est pertinente pour les études qui étudient les relations entre les modèles de méthylation des gènes et les facteurs contribuant à la carcinogenèse dans les cancers gastro-intestinaux.
La méthylation de l’ADN est un changement épigénétique important qui est biologiquement significatif et un centre fréquent de recherche sur le cancer. La méthylation de l’ADN à l’échelle du génome est une mesure utile pour fournir une analyse précise de l’état de méthylation des malignités gastro-intestinales (IG). Compte tenu des multiples utilisations translationnelles potentielles de l’analyse de la méthylation de l’ADN, les cliniciens praticiens et d’autres nouveaux études sur la méthylation de l’ADN doivent être en mesure de comprendre étape par étape comment ces analyses à l’échelle du génome sont effectuées. Le but de ce protocole est de fournir une description détaillée de la façon dont cette méthode est utilisée pour l’identification des biomarqueurs dans les malignités gastro-intestinales. Fait important, nous décrivons trois étapes critiques qui sont nécessaires pour obtenir des résultats précis lors de l’analyse à l’échelle du génome. Clairement et concisement écrites, ces trois méthodes font souvent défaut et ne sont pas perceptibles à ceux qui sont nouveaux dans les études épigénétiques. Nous avons utilisé 48 échantillons d’une malignité gastro-intestinale (cancer gastrique) pour mettre en évidence pratiquement comment l’analyse de méthylation de l’ADN à l’échelle du génome peut être effectuée pour les malignités gastro-intestinales.
L’épigénétique se réfère à des changements héréditaires dans la fonction génétique sans altération de la séquence del’ADN 1. De tels changements peuvent être dus à la méthylation de l’ADN, dans laquelle les groupes méthyliques sur une base d’ADN peuvent modifier l’expression du gène par des changements dans l’emballage de la chromatine. Le développement et la progression de cancer peuvent se produire si cet effet a comme résultat l’expression altérée des gènes suppresseurs detumeur 2. Le vieillissement et l’inflammation chronique sont à la fois les causes du cancer et les principales raisons des changements dans la méthylation del’ADN chez l’homme 3,4,5. Par conséquent, cela permet l’utilisation de la méthylation de l’ADN comme biomarqueur dans le diagnostic du cancer, et comme une cible pour le traitement et la prévention. Pour la détection précoce et le pronostic de cancer, la méthylation d’ADN sont mesurées dans la tumeur, le sang, l’urine, et les échantillons deselles 6,alors que les agents déméthylation sont maintenant utilisés pour traiter les leucémies telles que le syndrome myélodysplastique7.
L’analyse de méthylation de l’ADN à l’échelle du génome à l’aide d’une plate-forme de tableau pour l’évaluation complexe de la méthylation de l’ADN à un locus cpg individuel dans le génome humain peut être utilisée pour examiner l’état de méthylation de plus de 450 000 sites cpg dans l’ADNgénomique 8,9, ce qui permet l’exploration de l’épigénétique du cancer (voir tableau des matériaux). Les technologies de séquençage de la bisulfite du génome entier (WGBS) ont changé nos approches dans le domaine del’épigénétique 10,11. Cependant, il y a quelques inconvénients aux technologies en termes de coût substantiel et de temps de traitement pour l’analyse épigénétique d’un grand nombred’échantillons 10,11. Par conséquent, la plate-forme de tableau est plus faisable pour l’évaluation complexe de la méthylation de l’ADN dans le génome humain. La disponibilité d’approches pour les analyses de méthylation à l’échelle du génome s’est améliorée au cours des dernières années et nous permet d’élargir nos connaissances sur la façon dont la méthylation de l’ADN contribue au développement et à la progression du cancer12. Les progrès récents dans les approches de microrésiteurs-plate-forme nous fournissent la justification pour l’analyse de méthylation à l’échelle du génome pour identifier une nouvelle signature épigénétique dans les cancersgastro-intestinaux 13. Le but de ce protocole est de fournir une description détaillée de la façon dont cette méthode est utilisée pour l’identification des biomarqueurs dans les malignités gastro-intestinales.
Il y a trois étapes critiques pour obtenir des résultats précis de l’analyse du génome de la méthylation de l’ADN. Le premier est la macrodissection d’une zone tumorale par de préférence deux pathologistes qualifiés basés sur des sections tachées représentatives de H&E. Une macrodissection inexacte peut causer une contamination par des tissus non cancéreux adjacents, ce qui engendre des résultats peu fiables; ainsi, la macrodissection soigneuse est exigée. Le second est l’évaluation de la qualité de l’ADN (contrôle de la qualité: QC). Les échantillons qui échouent le QC (∆Cq > 5.0) peuvent donner des données de mauvaise qualité. Par conséquent, les échantillons ∆Cq > 5.0 doivent être enlevés et d’autres utilisés. La troisième étape est le calcul de la valeur β, qui est déterminée par un outil d’analyse de données pour le logiciel de plate-forme de tableau comme le signal méthylé / le signal total (méthylé + nonméthylated)17. La β varie de 0 à 1 (ou 0 %-100 %), ce qui est simple à interpréterbiologiquement 17. Le principal problème avec cette valeur est ses mauvaises propriétés statistiques, puisque son hétéroscasticité élevée implique que la variance entre les échantillons à des extrémités de gamme de méthylation (β = 0 ou β = 1) est fortement réduite17. En outre, en raison de la mauvaise qualité de l’échantillon, les valeurs β peuvent ne pas montrer de pics biphasiques reproductibles22,et les échantillons sans ces pics devraient être exclus de l’étude plus approfondie. En outre, le gène cible devrait être choisi en fonction des critères d’avoir de plus grandes valeurs bêta, étant lié aux îles CpG dans la région promoteur, et étant adapté à la conception de l’amorce et de la sonde pour qMSP.
L’évaluation de la méthylation de l’ADN chez un locus CpG dans le génome humain est effectuée à l’aide d’une technologie basée sur le microrésaire avec un nombre fixe de sondes pour examiner des loci génomiques spécifiques. C’est la méthode la plus largement utilisée dans les études d’association à l’échelle de l’épigénome (EWAS) en raison de son faible coût, de sa petite quantité d’ADN requise et du temps de traitement nettement plus court de l’échantillon, ce qui permet le traitement à haut débit de nombreux échantillonscliniques 23. Cependant, une plate-forme de tableau pour l’évaluation complexe de la méthylation de l’ADN à un locus cpg individuel est limitée par le nombre et la spécificité des sondes pour les loci épigénétiquement modifiés, ce qui empêche l’exploration de certaines régions génomiques. WGBS est généralement considéré comme la méthode de l’étalon-or en raison de son spectre plus large de couverturegénomique 10,11. Toutefois, cette méthode a un coût substantiel et un temps de traitement relativement long pour l’analyse d’un grandnombre d’échantillons 10,11. Ainsi, ce n’est pas toujours faisable. En comparaison, la plate-forme de tableau pour l’évaluation complexe de la méthylation de l’ADN à un locus cpg individuel dans le génome humain est raisonnable pour une utilisation en termes de coût et de couverture génomique. Récemment, les dernières puces de perles améliorées se sont prêtes à utiliser24. Ces analyses peuvent nous aider à analyser des sites cpg mesurés presque doublés, ce qui peut donner lieu à une étude d’association idéale à l’échelle du génome (GWAS) pour les grandes populations d’échantillons.
En résumé, l’analyse du génome de la méthylation de l’ADN avec la plate-forme de tableau pour l’évaluation complexe de la méthylation de l’ADN à un locus cpg individuel dans le génome humain peut fournir des informations importantes sur les biomarqueurs épigénétiques dans le cancer gastro-intestinal. Par rapport au WGBS, cette méthode est rentable et réduit le temps de traitement des échantillons. Par conséquent, cette méthode pour la détection de la méthylation de l’ADN à un locus CpG est susceptible d’être largement utilisée dans la recherche épigénétique biomarqueur.
The authors have nothing to disclose.
Nous sommes particulièrement reconnaissants à tous les membres du Département de chirurgie, le Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center de la Johns Hopkins University School of Medicine pour des discussions utiles et un soutien technique. Nous remercions également Kristen Rodgers pour les conseils techniques généreux sur les procédures de traitement de la bisulfite et qMSP.
(NH4)2SO4 | Sigma-Aldrich | 14148 | Step 5.2. |
10% Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Quality Biological | 351-032-721 EA | Step 2.1. |
100 % Ethanol | Sigma-Aldrich | 24194 | Step 1.7. |
ABI StepOnePlus Real-Time PCR System | Applied BioSystems | 4376600 | Step 5.2. 96-well Real-Time PCR instrument |
CT conversion reagent | Zymo Research | D5001-1 | Step 3.2.3. |
Deoxynucleotide triphosphate (dNTP) | Invitrogen | 10297-018 | Step 5.2. |
DEPC-treated water | Quality Biological | 351-068-131 | Step 2.1. |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Corning | 46-034-CL | Step 2.1. |
EZ DNA Methylation Kit | Zymo Research | D5002 | Step 3.2. |
Fluorescein | Bio-Rad | #1708780 | Step 5.2. |
GenomeStudio | omicX | OMICS_00854 | Step 4.3. Data analysis tool for an array platform as a β-value, with a range from 0 to 1 |
Human genomic DNA | New England Bio Labs | N4002S | Step 5.3. |
Infinium HD FFPE QC Kit | Illumina | WG-321-1001 | Step 4.1. FFPE QC assay on a real-time PCR amplification |
Infinium HumanMethylation450 assay | Illumina | WG-314 | Step 4.2. Array platform for complex evaluation of DNA methylation to assess the methylation status of >450,000 CpG sites in the genome |
LightCycler 480 | Roche | 5015278001 | Step 4.1. |
M-Binding Buffer | Zymo Research | D5002-3 | Step 3.2.6. |
M-Desulphonation Buffer | Zymo Research | D5002-5 | Step 3.2.9. |
M-Dilution Buffer | Zymo Research | D5002-2 | Step 3.2.1. |
Minfi package | Bioconductor | N/A | Step 4.4. |
M-Wash Buffer | Zymo Research | D5002-4 | Step 3.2.10. |
Platinum Taq polymerase | ThermoFisher Scientific | 10966-034 | Step 5.2. |
Proteinase K | New England Biolabs | P8107S | Step 2.8. |
Single-use polypropylene (Eppendorf) tube | Eppendorf | 24533495 | Step 2.5.2. |
Tris hydrochloride (Tris-HCL) 2 M pH 8.8 | Quality Biological | 351-092-101 | Step 2.1. |
Xylene | Sigma-Aldrich | 214736 | Step 1.3. |
Zymo Spin 1 Column | Zymo Research | C1003 | Step 3.2.6. |
β-Mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M3148 | Step 5.2. |