北卡罗来纳州立大学的研究人员创建了一种创新数组，以分析人类基因组中印记控制区域（ICRs）中基因的甲基化水平。该数组提供了一种经济实惠且有效的方式来研究环境因素与与疾病早期发展起源和行为问题相关的表观遗传性干扰之间的可能关联。
ICRs 管理印记基因的表达——这些基因只有一个父母的版本是活跃的，而另一个在最初发展过程中被静默。这些印记基因对流行病学家、遗传学家和毒理学家研究环境因素与疾病之间的联系尤其重要，因为调节其表达的甲基化模式可能会受到环境的影响。
这种 DNA 甲基化变化可以在个体一生中保持稳定，甚至可能被后代继承。这个领域在表观遗传学中至关重要，表观遗传学研究的是基因表达的可遗传变化，这些变化并不涉及 DNA 序列的改变。
“甲基化——确定基因是‘开启’还是‘关闭’——是探索表观遗传影响时最直接的方面，”北卡罗来纳州立大学生物科学教授、该研究的首席作者之一 Cathrine Hoyo 解释道。“它为理解环境与基因表达之间的联系提供了起点。”
虽然可以使用各种甲基化数组来研究基因表达，但大多数并不专注于 ICR 特定探针。因此，研究印记基因调控的科学家通常需要对整个基因组进行测序，这一过程既昂贵又耗时，对于大规模人群分析也不够高效。
这个新数组具有 22,000 个荧光探针，专为人类基因组中已知的 1,488 个 ICR 中的 1,000 个设计。这些探针是针对 ICR 中特定甲基化位点的短 DNA 序列，不同的探针分别结合甲基化或未甲基化形式。每种类型的探针发出独特的荧光信号，使得可以测量结合比率，并确定每个位置的甲基化水平。
作为概念验证，研究团队分析了来自一组阿尔茨海默病患者的 DNA，将数组的 ICR 甲基化数据与全基因组测序的结果进行了比较，发现两种方法之间存在很强的相关性。值得注意的是，数组结果在一周内就准备好，与通常需要几个月来进行全基因组解释形成鲜明对比。
“在广泛的研究中，我们必须筛查参与者，”Hoyo 指出。“例如，有 1,000 名参与者时，及时和经济高效地进行完整基因组测序并不可行。当我们仅关注基因组中数百万个位置中的 22,000 个特定位点时，这尤其效率低下。
“这个数组有效地为我们进行筛查——它仅针对相关位点，使我们能将时间和资源专注于在绝对必要时才进行的完整测序。本质上，它帮助我们过滤掉不必要的数据，以便我们可以集中注意力于那些可能在疾病发展中至关重要的 ICRs。”
这项研究发表在《表观遗传学通讯》上，并得到了国立卫生研究院的支持，资助编号为 R01ES093351、R01HD098857、R01MD011746 和 R21HD093351，同时也得到了北卡罗来纳州立大学人类健康与环境中心的支持。该技术目前已由 TruDiagnostic, Inc. 许可，Ryan Smith 来自 TruDiagnostic 担任共同通讯作者。其他贡献者包括首席作者 Natalia Carreras-Gallo、Varun B. Dwaraka 和来自 TruDiagnostic 的 Tavis L. Mendez；来自北卡罗来纳州立大学的 Dereje D. Jima、David A. Skaar、Antonio Planchart 和 Randy L. Jirtle；以及来自宾夕法尼亚大学的 Wanding Zhou。
