识别癌细胞中的表观遗传标记可以改善患者的治疗
几十年来，科学家们已经知道癌症可能是由基因突变引起的，但最近他们发现基因的化学修饰也可能导致癌症。这些改变被称为表观遗传修饰，控制着基因的开启或关闭。
分析这些修饰可以为了解患者的肿瘤类型以及不同药物对肿瘤的反应提供重要线索。例如，患有胶质母细胞瘤(一种脑肿瘤)的患者，如果dna修复基因MGMT通过表观遗传修饰沉默，则对一类称为烷基化剂的药物反应良好。
麻省理工学院的一个化学工程师团队现在已经开发出一种快速、可靠的方法来检测这种类型的修饰，称为甲基化，这可能为个体患者选择最佳治疗方法提供一种新的方法。
“分析这些变化非常困难，这是我们正在努力解决的需求。我们正在努力使这种分析更容易、更便宜，特别是在病人样本中，”约瑟夫·r·马雷斯化学工程助理教授、该杂志上一篇描述该技术的论文的资深作者哈德利·赛克斯说分析师．
这篇论文的主要作者是布兰登·海默，他是麻省理工学院化学工程专业的研究生。
超越基因组
在对人类基因组进行测序后，科学家们转向了表观基因组——包括甲基化在内的化学修饰，在不改变DNA序列的情况下改变基因的功能。
在某些癌症中，当甲基连接到DNA序列中的特定位置时，即毗邻鸟嘌呤碱基的胞嘧啶碱基，MGMT基因被关闭。当这种情况发生时，蛋白质结合甲基化碱基，通过阻止基因被复制成RNA，有效地使基因沉默。
“这种非常小的化学修饰会引发一系列事件，使该基因不再表达，”赛克斯说。
赛克斯说，目前检测胞嘧啶甲基化的方法在大规模研究中工作得很好，但很难适应患者样本。大多数技术都需要一个叫做亚硫酸氢盐转化的化学步骤:DNA样本暴露在亚硫酸氢盐中，亚硫酸氢盐将未甲基化的胞嘧啶转化为不同的碱基。DNA测序揭示了是否存在任何甲基化的胞嘧啶。
然而，这种方法不适用于患者样本，因为你需要精确地知道样本中甲基化DNA的含量，以计算将其暴露于亚硫酸氢盐的时间，赛克斯说。
“当你的样品数量有限且定义不太明确时，要在适当的时间内进行反应就困难得多。你想让所有未甲基化的胞嘧啶基团转化，但你不能运行太长时间，因为那样你的DNA就会被降解，”她说。
快速检测
赛克斯的新方法完全避免了亚硫酸盐的转化。相反，它依赖于一种叫做甲基结合域(MBD)的蛋白质，这种蛋白质是细胞控制DNA转录的自然机制的一部分。这种蛋白质识别甲基化的DNA并与之结合，帮助细胞决定是否应该转录DNA。
赛克斯系统的另一个关键部件是一个生物芯片——一个涂有数百个DNA探针的玻片，这些探针与被研究基因的序列互补。当DNA样本暴露在这种芯片上时，任何与目标序列匹配的链都被捕获在生物芯片上。然后，研究人员用MBD蛋白探针处理载玻片。如果探针与捕获的DNA分子结合，则意味着该序列被甲基化。
DNA和MBD蛋白之间的结合可以通过将蛋白质与荧光染料连接或设计其携带光敏分子来检测，这种分子在暴露于光下时会形成水凝胶。
麻省理工学院的研究小组现在正在调整该设备，通过改变生物芯片探针的DNA序列来检测其他癌症相关基因的甲基化。他们还希望创造出更好的MBD蛋白版本，并设计出需要更少DNA的设备。在目前的版本中，医生需要进行手术活检才能获得足够的组织，但研究人员希望对其进行修改，以便只需进行针活检即可完成测试。
