Aperçu de la séquençage par immunoprécipitation de l'ADN méthylé (MeDIP-seq)

Qu'est-ce que le MeDIP-Seq ?

La méthylation de l'ADN est un épigénétique marque qui joue un rôle crucial dans de nombreux processus biologiques, tels que le développement embryonnaire, la régulation des gènes et la genèse des maladies. Le 5-méthylcytosine (5mC) est une forme méthylée courante de la base d'ADN cytosine. La combinaison de différentes méthodes de prétraitement suivies de différentes techniques de biologie moléculaire, telles que Microarrays d'ADN et séquençage de nouvelle génération (NGS), rend la cartographie de la méthylation de l'ADN réalisable sur l'ensemble du génome. Différentes technologies basées sur le séquençage de nouvelle génération (NGS) pour détecter la méthylation de l'ADN ont été résumées dans le Tableau 1 (Su, 2012).

Tableau 1. Technologies basées sur le NGS pour détecter la méthylation de l'ADN.

Immunoprécipitation de l'ADN méthylé (MeDIP), qui a été décrit pour la première fois en 2005 (Weber et al., 2005), est une technique de purification à l'échelle du génome utilisée pour enrichir les fragments d'ADN méthylés à l'aide d'anticorps spécifiques. Séquençage MeDIP (MeDIP-Seq) décrit pour la première fois en 2008 est un outil puissant utilisé pour étudier 5mC et 5-hydroxyméthylcytosine (5hmC) modification en combinant MeDIP avec séquençage à haut débit (Down et al., 2008). Le séquençage profond pourrait offrir une grande couverture génomique et révéler la majorité de l'ADN méthylé immunoprécipité.

Comment fonctionne le MeDIP-Seq ?

Le flux de travail de MeDIP-seq est illustré dans la Figure 1. Il commence par l'isolement de fragments d'ADN méthylés par 5mC-anticorps spécifiques par immunoprécipitation. Ensuite, l'ADN méthylé enrichi est soumis à une purification de l'ADN, à la préparation de la bibliothèque et séquençage à haut débit (Taiwo et al., 2012).

Figure 1. Flux de travail de MeDIP-seq.

Quels sont les avantages du MeDIP-seq ?

• Couvrir CpG et non-CpG 5mC à travers le génome.
• Soit à l'échelle du génome entier, soit dans n'importe quelle région d'intérêt.
• Évitez l'enrichissement non spécifique pour 5hmC en utilisant un anticorps spécifique pour 5mC pendant le processus de MeDIP.
• Nécessite un faible apport en ADN.

Quelles sont les limitations du MeDIP-seq ?

• Résolution génomique : la résolution du méthylome est inférieure (~150 pb) par rapport à la résolution à base unique offerte par le séquençage au bisulfite.
• Interaction non spécifique : la spécificité et la sélectivité des anticorps doivent être testées pour éviter les interactions non spécifiques.
• Biais de sélection basé sur les anticorps : la récupération de l'ADN méthylé par l'anticorps est affectée par la densité de mC/mCG, ce qui fait que les régions de très faible densité (<1,5 %) peuvent être sous-représentées ou même interprétées comme non méthylées (Taiwo et al., 2012). La sélection basée sur les anticorps est biaisée en faveur des régions hyperméthylées.

Comment les données MeDIP-Seq sont-elles analysées ?

Un pipeline bioinformatique couramment utilisé pour l'analyse de MeDIP-seq les données sont présentées dans la Figure 2.

Figure 2. Pipeline de bioinformatique pour l'analyse des données MeDIP-seq.

Un certain nombre d'outils informatiques ont été développés pour l'analyse des données MeDIP, y compris Batman, MEDIPS, MeDUSA et MeQA (Tableau 2). La méthode à utiliser dépend en grande partie de l'objectif de l'expérience.

Tableau 2. Exemples de logiciels disponibles pour l'analyse des données MeDIP-seq

Quelles sont les différences entre Medip-Chip et Medip-Seq ?

L'ADN méthylé purifié via MeDIP peut être utilisé dans des méthodes de détection de l'ADN à haut débit telles que les microarrays ADN à haute résolution (MeDIP-chip) ou séquençage à haut débit (MeDIP-Seq). L'aperçu du flux de travail de MeDIP-chip et MeDIP-Seq est illustré dans la Figure 3. Dans MeDIP-chip, une fraction de l'ADN d'entrée et l'ADN méthylé enrichi sont marqués respectivement avec de la cyanine-5 (Cy5 ; rouge) et de la cyanine-3 (Cy3 ; vert) pour identifier les séquences qui montrent des différences significatives au niveau de l'hybridation, confirmant ainsi que la séquence d'intérêt est enrichie.

Figure 3. Aperçu du flux de travail de la procédure MeDIP suivie par (A) hybridation sur microarray ou (B) séquençage à haut débit.

Différentes approches d'analyse de la méthylation de l'ADN présentent des forces et des faiblesses concurrentes. L'identification des séquences MeDIP basée sur des puces est limitée par la conception de la puce. En conséquence, la résolution est restreinte aux sondes de la conception de la puce, tandis que l'identification des séquences MeDIP basée sur le séquençage est généralement applicable à toute espèce pour laquelle un génome de référence existe. Un résumé des caractéristiques et des sources potentielles de biais pour diverses techniques est présenté dans le Tableau 3 (Laird, 2010).

Tableau 3. Caractéristiques et sources de biais pour diverses techniques

RRBS : Séquençage bisulfite à représentation réduite
WGBS : séquençage de bisulfite de tout le génome

Quelles sont les applications de MeDIP-Seq ?

Les avantages d'une méthode rentable et la nécessité d'un ADN à faible apport (Taiwo et al., 2012 ; Zhao et al., 2014) rendent MeDIP-seq adapté aux études impliquant de faibles quantités d'échantillons d'ADN, tels que les ovocytes, les embryons précoces (Zhang et al., 2017) et les biopsies de tumeurs humaines (Kim et al., 2011 ; Zhao et al., 2014).

Analyse des motifs de méthylation de l'ADN MeDIP-seq peut être utilisé pour analyser les motifs de méthylation de l'ADN au sein du génome, englobant les motifs globaux et les régions spécifiques des gènes. En observant le spectre de méthylation à travers différents échantillons, des changements dans la méthylation peuvent être identifiés et quantifiés, révélant les mécanismes régulateurs de la méthylation de l'ADN dans divers contextes biologiques.

Identification des gènes cibles de méthylationLe MeDIP-seq peut être utilisé efficacement pour identifier les gènes de méthylation associés à des processus biologiques ou des maladies spécifiques. En étudiant la relation entre les niveaux de méthylation et l'expression génique, il est possible de déterminer les gènes cibles potentiels régulés par la méthylation. Cela permet à son tour un examen approfondi de leur fonctionnalité et de leurs mécanismes de contrôle dans les phénomènes biologiques.

Diagnostic et traitement des maladies: MeDIP-seq La technologie joue un rôle crucial dans l'investigation de la contribution de la méthylation de l'ADN à la genèse et à la progression des maladies, établissant ainsi une base pour les procédures de diagnostic, les plans de traitement et les mesures préventives. L'analyse comparative des motifs de méthylation au sein des tissus sains et malades peut faciliter l'identification des marqueurs de méthylation associés et fournir un aperçu d'un large éventail de maladies. Cela peut contribuer à ouvrir la voie à des approches thérapeutiques révolutionnaires dans le domaine de la médecine personnalisée.

Régulation de la méthylation dans le développement et la différenciationLe MeDIP-seq peut s'avérer instrumental dans l'exploration des altérations dynamiques de la méthylation de l'ADN tout au long des processus de développement et de différenciation, éclairant ainsi la fonction de la méthylation dans la détermination du destin cellulaire et l'influence sur le développement des tissus. En étudiant de près les schémas de méthylation à travers les différentes étapes du développement ou au sein de types cellulaires spécifiques, il est possible de repérer des événements de méthylation intégraux et ainsi, d'approfondir notre compréhension des mécanismes orchestrant le développement et la différenciation.

Interaction des facteurs environnementaux et de la méthylation: MeDIP-seq se présente comme un outil puissant dans l'exploration des répercussions des influences environnementales sur la méthylation de l'ADN et dans le déchiffrement de la relation complexe entre l'environnement et la régulation épigénétique. Les comparaisons tirées des plans de méthylation d'échantillons soumis à divers éléments environnementaux permettent d'observer clairement les modifications de méthylation induites. Cela fournit des informations cruciales pour de futures recherches sur leur pertinence dans l'adaptation environnementale et la variabilité génétique.

Chez CD Genomics, nous nous engageons à fournir des services fiables. séquençage épigénomique services, y compris séquençage bisulfite ciblé, séquençage bisulfite à représentation réduite (RRBS), séquençage bisulfite de tout le génome, Séquençage MeDIP, et ChIP-seq.

Références :

1. Down, T.A., Rakyan, V.K., Turner, D.J., Flicek, P., Li, H., Kulesha, E., Graf, S., Johnson, N., Herrero, J., Tomazou, E.M., et al. (2008). Une stratégie de déconvolution bayésienne pour l'analyse du méthylome de l'ADN basée sur l'immunoprécipitation. Biotechnologie de la nature 26, 779-785.
2. Kim, J.H., Dhanasekaran, S.M., Prensner, J.R., Cao, X., Robinson, D., Kalyana-Sundaram, S., Huang, C., Shankar, S., Jing, X., Iyer, M., et al. (2011). Le séquençage profond révèle des motifs distincts de méthylation de l'ADN dans le cancer de la prostate. Recherche génomique 21, 1028-1041.
3. Laird, P.W. (2010). Principes et défis de l'analyse de la méthylation de l'ADN à l'échelle du génome. Revue de la nature Génétique 11, 191-203.
4. Su, J. (2012). Avancées des outils de bioinformatique pour les données de séquençage à haut débit de la méthylation de l'ADN. Génétique héréditaire 01.
5. Taiwo, O., Wilson, G.A., Morris, T., Seisenberger, S., Reik, W., Pearce, D., Beck, S., et Butcher, L.M. (2012). Analyse du méthylome utilisant MeDIP-seq avec de faibles concentrations d'ADN. Protocoles de la nature 7, 617-636.
6. Weber, M., Davies, J.J., Wittig, D., Oakeley, E.J., Haase, M., Lam, W.L., et Schubeler, D. (2005). Des analyses à l'échelle des chromosomes et spécifiques des promoteurs identifient des sites de méthylation différentielle de l'ADN dans des cellules humaines normales et transformées. Génétique de la nature 37, 853-862.
7. Zhang, Y., Gou, W., Ma, J., Zhang, H., Zhang, Y., et Zhang, H. (2017). Méthylation du génome et fonctions régulatrices pour l'adaptation hypoxique chez les embryons de poulet tibétain. PeerJ 5, e3891.
8. Zhao, M.T., Whyte, J.J., Hopkins, G.M., Kirk, M.D., et Prather, R.S. (2014). Immunoprécipitation de l'ADN méthylé et séquençage à haut débit (MeDIP-seq) utilisant de faibles quantités d'ADN génomique. Reprogrammation cellulaire 16, 175-184.