idems revolutioniertDNAModifikationsforschung mit Massenspektrometrie, die schnellere, präzise Einblicke für Altern und Krebsstudien bieten.
Ein aktueller technischer Bericht inNaturzellbiologiehat eine neue Methode zur Untersuchung spezifischer Veränderungen der DNA nach der Replikation eingeführt. Wissenschaftler haben eine hochempfindliche, quantitative Methode unter Verwendung von Massenspektrometrie entwickelt, die als IDEMs (Isolierung der DNA durch EDU -Markierung für Massenspektrometrie) bekannt ist.
„Die Neuheit in unserer Arbeit ist, dass wir in diesem Bereich keine Sequenzierungsmethoden verwendet haben, stattdessen haben wir Massenspektrometrie verwendet. Dies ist das erste Mal, dass dieser Ansatz zur Messung von DNA-Modifikationen an gereinigtem, repliziertem DNA verwendet wurde“.
Dieser einzigartige Ansatz ist das Ergebnis eines gemeinsamen Projekts mit dem Hajkova -Labor am MRC London Institute of Medical Sciences (LMS). „Im Groth-Labor verfügen wir über Fachwissen in der Replikation und das Hajkova-Labor verfügt über Fachkenntnisse in der Untersuchung der DNA-Methylierung durch Massenspektrometrie. Ich denke, diese multidisziplinäre Zusammenarbeit ist ein großer Teil des Grundes, warum das Projekt so erfolgreich war“, erklärt Dr. Stewart-Morgan. "Die Ergebnisse unserer Forschung mit IDEMs sind definitiv und eröffnen neue Wege für zukünftige Forschung."
DNA -Modifikationen und Zellstabilität
Das Genom ist der gesamte Satz von DNA -Anweisungen in einer Zelle. Praktisch alle Zellen in einem Organismus enthalten die gleichen genetischen Informationen - aber welche Gene exprimiert werden, basiert auf der Funktion der Zelle. Diese zellspezifische Genexpression wird durch das Epigenom der Zelle reguliert, das aus Proteinen besteht, die an DNA gebunden sind, sowie direkte chemische Modifikationen an DNA. Einer der wichtigsten epigenetischen Regulatoren ist die DNA -Methylierung - ein chemischer Marker, der Regionen des Genoms ausschaltet, das nicht exprimiert werden sollte. Das Muster dieser Marker ist sehr wichtig, um die Stabilität und Identität einer Zelle aufrechtzuerhalten: Beispielsweise unterscheidet sich die DNA -Methylierung in einer Leberzelle vom DNA -Methylierungsmuster in einer Blutzelle.
Wenn die DNA während der Zellteilung repliziert wird, werden die mit der DNA verbundenen epigenetischen Markierungen einschließlich DNA -Methylierung verdünnt. Die neu erstellten DNA-Stränge müssen das Niveau und das Muster der Methylierung wiederherstellen, um die Kontrolle der Genexpression, der genomischen Stabilität und des epigenetischen Gedächtnisses der Identität der Zelle aufrechtzuerhalten.
Es ist jedoch viel über diesen Prozess unbekannt, und der Verlust der DNA -Methylierung ist ein häufiges Merkmal in Zellen, die sich um ein Vielfaches geteilt haben, wie z. In den letzten Jahren haben mehrere Gruppen versucht, diesen Prozess unter Verwendung von Sequenzierungsmethoden zu untersuchen, aber die genaue Kinetik der postreplikativen Methylierungswartung blieb unklar.
Methylierung wieder hergestellt
Unter Verwendung von IDEMs stellten die Forscher fest, dass die DNA -Methylierungswerte nach der Replikation stetig zunehmen, und nach 4 Stunden waren die Spiegel auf replizierter DNA und die genomische DNA gleich. Dies weist darauf hin, dass dieser Prozess in einem stetigen, langsamen Tempo verläuft. Es wird jedoch von der Zellteilung übertroffen.
„Im Laufe der Zeit haben die Zellen nicht lange genug, um ihre Methylierung nach der Replikation wiederherzustellen, und die Methylierung des Genoms ist schließlich verdünnt. Dies ist das erste Mal, dass eine sehr klare Kinetik zur Wiederherstellung der Methylierung wiederhergestellt wurde. Darüber hinaus haben wir die absolute Quantifizierung der DNA-Methylierung gesehen, die uns mit der Auszeichnung durch die Methylierungsrate, die die Methylierungsrate waren.“ Stewart-Morgan berichtet.
Ein zweiter chemischer Marker
Die Forscher verwendeten auch IDEMs, um einen zweiten Marker zu untersuchen - DNA -Hydroxymethylierung -, was ein viel seltener genomischer Marker als die Methylierung ist. Ihre Ergebnisse bestätigten frühere Untersuchungen, sagt Dr. Stewart-Morgan: „Wir fanden heraus, dass ein DNA-Strang, der Vorlage oder der„ elterliche “Strang, immer mehr Hydroxymethylierung aufweist als der andere„ Tochter “-Srand, der frühere Arbeiten unterstützt, die darauf hinwies, dass dieser Marker DNA-Strang unterscheidet, die auf dem Alter basieren“, sagt sie.
"Wir haben jedoch auch festgestellt, dass es keinen Sinn gibt, an dem die Hydroxymethylierungspiegel zwischen den Strängen der Eltern und der Tochter im gesamten Zellzyklus gleich sind. Dies eröffnet neue Fragen darüber, wie dieser Unterschied zwischen Strängen von Zellen verwendet werden kann, beispielsweise während der DNA -Reparatur."
Das Potenzial von Idems
Durch direkte Quantifizierung von DNA -Modifikationen auf replizierter DNA löst IDEMs die DNA -Methylierung und die Hydroxymethylierungskinetik nach DNA -Replikation auf. „IDEMs ist ein dynamisches und informatives Instrument zur Beantwortung wichtiger Fragen in der Epigenom-Wartungs- und DNA-Modifikationsbiologie“, sagt Dr. Stewart-Morgan.
Mit Blick auf die Zukunft werden IDEMs bei der Profilierung von Methylierung und Hydroxymethylierungsdynamik in verschiedenen zellulären Kontexten, einschließlich Alterung und Krebsentwicklung, nützlich sein. Im Vergleich zu Sequenzierungsdaten liefert die Massenspektrometrie eine einfache, schnelle Anzeige, und IDEMs könnten daher nützlich sein, wenn die Effizienz der Schlüssel ist, z.
„Unsere Ergebnisse zeigen, wie wichtig neue Methoden zum Verständnis der Biologie durch mehr als ein Objektiv sind. IDEMs ist äußerst flexibel, da sie mit anderen etablierten Methoden kombiniert werden kann, die in der molekularen Biologie verwendet werden, um das Epigenom zu betrachten. Diese Methode fügt daher ein wichtiges Instrument zu der Suite von Technologien hinzu, die die Stabilität der Epigenom-Stabilität untersuchen.
Referenz: „Quantifizierung der Ausbreitung von DNA-Methylierung und Hydroxymethylierung mit Idems“ von Kathleen R. Stewart-Morgan, Cristina E. Requena, Valentin Flury, Qian du, Zoe Heckhausen, Petra Hajkova und Anja Groth, 12. Januar 2023,Naturzellbiologie.
Doi: 10.1038/s41556-022-01048-x
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