【佳學(xué)基因檢測(cè)】在臨床診斷中如何介紹和使用 DNA 甲基化 (DNAm) 陣列基因檢測(cè)

甲基化陣列基因檢測(cè)導(dǎo)讀：

幾十年來，甲基化測(cè)試已用于常規(guī) DNA 診斷，主要關(guān)注印記障礙或注釋到特定疾病相關(guān)基因啟動(dòng)子的特定位點(diǎn)。隨著 Illumina Infinium HumanMethylation450 Beadchip 陣列或 Illumina Infinium Methylation EPIC Beadchip 陣列 (850 k) 等 DNA 甲基化 (DNAm) 陣列的推出，及時(shí)且經(jīng)濟(jì)高效地研究表觀基因組已變得可行。這導(dǎo)致了對(duì)諸如 Beckwith Wiedemann 綜合征等經(jīng)過充分研究的印記疾病的復(fù)雜性的新見解，但它也導(dǎo)致引入了 EpiSign 等測(cè)試，作為診斷測(cè)試實(shí)施，其中可以比較單個(gè)陣列實(shí)驗(yàn)到具有多種遺傳疾病，尤其是神經(jīng)發(fā)育障礙的已知特征的數(shù)據(jù)庫(kù)。此類 DNAm 測(cè)試的成功使用正在迅速擴(kuò)大。正如甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)所展示的，越來越多的疾病被發(fā)現(xiàn)與離散的表觀特征相關(guān)，這使得能夠快速和明確的診斷。討論了以離散異常 DNAm 為特征的環(huán)境誘發(fā)臨床疾病的第一個(gè)例子，強(qiáng)調(diào)了 DNAm 測(cè)試在常規(guī)診斷中的廣泛應(yīng)用。在這里，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)討論了甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室中涵蓋這一廣泛應(yīng)用的示例性發(fā)現(xiàn)，并討論了在不久的將來進(jìn)一步使用 DNAm 測(cè)試。討論了以離散異常 DNAm 為特征的環(huán)境誘發(fā)臨床疾病的第一個(gè)例子，強(qiáng)調(diào)了 DNAm 測(cè)試在常規(guī)診斷中的廣泛應(yīng)用。在這里，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)討論了甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室中涵蓋這一廣泛應(yīng)用的示例性發(fā)現(xiàn)，并討論了在不久的將來進(jìn)一步使用 DNAm 測(cè)試。討論了以離散異常 DNAm 為特征的環(huán)境誘發(fā)臨床疾病的第一個(gè)例子，強(qiáng)調(diào)了 DNAm 測(cè)試在常規(guī)診斷中的廣泛應(yīng)用。在這里，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)討論了甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室中涵蓋這一廣泛應(yīng)用的示例性發(fā)現(xiàn)，并討論了在不久的將來進(jìn)一步使用 DNAm 測(cè)試。

關(guān)鍵詞： 基因組印記，DNAm 陣列，表觀標(biāo)志，表觀基因組，基因組診斷

甲基化陣列基因檢測(cè)介紹

由于人類基因組計(jì)劃和技術(shù)改進(jìn)，數(shù)千種人類疾病可以在基因組診斷的幫助下得到診斷或預(yù)防，從而改善醫(yī)療保健并降低其成本。然而，基因組診斷也讓甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)面臨 DNA 測(cè)序和其他常用測(cè)試的局限性。人類的健康和疾病不僅取決于 DNA 密碼，還取決于基因轉(zhuǎn)錄的正確調(diào)控。

表觀遺傳學(xué)研究這種調(diào)節(jié)機(jī)制。表觀遺傳變化涉及染色質(zhì)表觀遺傳修飾的變化，例如 DNA 甲基化或組蛋白修飾。此外，非編碼 RNA，如 microRNA 或長(zhǎng)鏈非編碼 RNA 是這種基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制的一部分。對(duì)染色質(zhì)的修飾由建立、擦除或讀取表觀遺傳標(biāo)記或參與染色質(zhì)重塑的蛋白質(zhì)建立和識(shí)別。這些基因中的致病性突變與通常與智力障礙和/或神經(jīng)發(fā)育受損相關(guān)的大量臨床病癥有關(guān)。

研究表觀基因組可以導(dǎo)致更多的診斷和對(duì)序列變異的致病性的更好理解。此外，它還有助于更好地了解環(huán)境影響，例如壓力/創(chuàng)傷、有毒物質(zhì)攝入或多因素疾病中的營(yíng)養(yǎng)不足。例如：心血管疾病、胎兒酒精綜合癥、精神疾病、生長(zhǎng)畸形或腫瘤的發(fā)展。

技術(shù)已從對(duì)離散位點(diǎn)特異性疾病中基因組表觀遺傳狀態(tài)的位點(diǎn)特異性分析轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)復(fù)雜條件的全基因組分析。特別是 DNAm 陣列的使用，結(jié)合改進(jìn)的統(tǒng)計(jì)和生物信息學(xué)方法，使甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠以具有成本效益的方式深入研究表觀基因組。甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)相信這項(xiàng)技術(shù)在診斷方面具有很大的潛力，可以在診斷、疾病預(yù)后和治療結(jié)果預(yù)測(cè)方面提供個(gè)性化的方法。

另一方面，在診斷中使用 mDNA 陣列存在局限性。例如，在等位基因甲基化并導(dǎo)致疾病之前，不會(huì)檢測(cè)到脆性 X 等位基因的攜帶者。這同樣適用于鑲嵌細(xì)胞的檢測(cè)，例如在 Beckwith Wiedemann 綜合征 (BWS) 中所見。此外，由于基因突變可能具有多個(gè)表觀特征，并且疾病可能是多基因的，因此缺乏表觀特征并不一定意味著疾病被排除在外。

DNAm 陣列和基因組印記疾病

在配子發(fā)生、受精和胎兒發(fā)育過程中，表觀基因組從高度未甲基化到特化細(xì)胞中的特定 DNAm 模式發(fā)生巨大變化。表觀遺傳基因調(diào)控的一種特殊形式是基因組印記現(xiàn)象。對(duì)于100個(gè)左右的基因，基因調(diào)控取決于基因的親本來源，即僅父本或母本等位基因表達(dá)。印記基因的異常表達(dá)導(dǎo)致印記障礙（表1）通常與異常生長(zhǎng)甚至腫瘤發(fā)展有關(guān)，如 Beckwith Wiedemann 綜合征（表1）。

表格1:十二種已知印記障礙的概述。改編自 Mackay DJG，Temple IK (2017)。

* = EpiSign Complete—甲基化分析—Amsterdam UMC，基因組診斷。

特別是在 BWS 中，一種主要以巨人癥、巨舌癥和外指為特征的過度生長(zhǎng)畸形綜合征，DNA 診斷可能很復(fù)雜。涉及11號(hào)染色體短臂上的兩個(gè)印記基因座（即印記中心1（IC1）和印記中心2（IC2））。異常甲基化可能是局部印記缺陷的結(jié)果，也可能是由染色體異常引起的，如單親二體（20%）、缺失（1-2%）、重復(fù)（2-4%）和易位（罕見）。IC1 或 IC2 的異常甲基化模式導(dǎo)致與 BWS 相關(guān)的基因的異常表達(dá)。已發(fā)布了 BWS 診斷的賊佳實(shí)踐指南。這種由甲基化丟失或獲得組成的異常甲基化模式可以通過位點(diǎn)特異性測(cè)試進(jìn)行研究，例如 DNAm 敏感的多重連接依賴性探針擴(kuò)增 (MS-MLPA) 或替代的位點(diǎn)特異性技術(shù)，例如 MS-PCR 或 MSqPCR。

BWS 診斷的一個(gè)重要方面是兒童腫瘤預(yù)測(cè)，因?yàn)橛∮浿行?IC1（也稱為H19/IGF2差異甲基化區(qū)域，DMR）中的印記畸變與高腫瘤風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，而 IC2（KCNQ1OT1 DMR）中的印記畸變與高腫瘤風(fēng)險(xiǎn)無關(guān)。

對(duì)患有 BWS 和其他印記障礙的患者進(jìn)行的全基因組甲基化研究發(fā)現(xiàn)了與這些疾病相關(guān)的多個(gè)異常印記基因座（MLID 或多基因座印記障礙）。DNAm 陣列使甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠在 BWS 患者的這種 MLID 模式中添加新的異常印記基因座，甚至在 BWS 病例中檢測(cè)整個(gè)甲基化組的高甲基化。因此可以得出結(jié)論，印記疾病的潛在（表觀）遺傳原因在個(gè)體之間可能存在很大差異，并且 DNAm 陣列能夠?qū)@些患者進(jìn)行個(gè)性化分析。DNAm 陣列用于診斷的局限性在于該技術(shù)的成本。Multi Locus MLPA 試劑盒 (ME034) 在診斷中檢測(cè) MLID 更具成本效益。然而，該試劑盒僅限于 7 個(gè)與印記疾病相關(guān)的印記區(qū)域（PLAGL1、GRB10、MEST、H19、KCQ1OT1、MEG3、MEG8、SNRPN、PEG3、NESP55、GNAS-AS1、GNASXL 和 GNAS A/B）。正在研究次級(jí)位點(diǎn) DNAm 缺陷的臨床相關(guān)性。

在大多數(shù)情況下，除了先前已知的疾病相關(guān)基因座之外，涉及 MLID 的基因座對(duì)原發(fā)性印記疾病的臨床特征沒有貢獻(xiàn)。盡管如此，MLID 的診斷檢測(cè)與常規(guī)診斷檢測(cè)越來越相關(guān)。在一小部分 MLID 患者中發(fā)現(xiàn)了母體效應(yīng)基因 (MEP) 的突變，并且 MEP 基因的突變與生育力下降和流產(chǎn)有關(guān)。

賊近的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是，在常規(guī)診斷為 pUPD11 的 BWS 患者中，估計(jì)有 20% 存在全基因組父系單親二體 (GWpUPD)。。DNAm 陣列可用于檢測(cè)印跡基因座的這些全基因組 DNAm 變化，但這受到低嵌合體檢測(cè)率低的阻礙。對(duì)于常規(guī)診斷，建議將多位點(diǎn)印跡 MLPA 與 SNP 陣列結(jié)合使用。請(qǐng)注意，據(jù)報(bào)道 GWpUPD 與 > 7 歲時(shí)的腫瘤發(fā)展有關(guān)（進(jìn)行了綜述），與 BWS 相關(guān)的兒童腫瘤發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)增加的年齡回落至風(fēng)險(xiǎn)在一般人群中。

目前很難確定所有這些的診斷結(jié)果，因?yàn)樾枰嗟谋硇?（epi）基因型相關(guān)性。

DNAm 陣列作為遺傳疾病的診斷工具/VUS 解釋， Episign 測(cè)試

數(shù)百個(gè)基因與表觀遺傳編程有關(guān)。這些基因?yàn)樽骷揖幋a——。表觀基因組（染色質(zhì)）的橡皮擦、閱讀器或重塑者。這些基因?qū)μ汉统扇税l(fā)育很重要，如果發(fā)生突變，它們會(huì)導(dǎo)致各種主要的發(fā)育遲緩障礙.例如，NSD1基因（編碼參與組蛋白甲基化的表觀遺傳寫入基因）的突變會(huì)導(dǎo)致 Sotos 綜合征。KMT2D （也是一種表觀遺傳作家基因）的突變導(dǎo)致歌舞伎綜合征，KDM6A（一種參與組蛋白去甲基化的擦除基因）的突變也證明了表觀遺傳編程的復(fù)雜性。一個(gè)眾所周知的閱讀基因一旦發(fā)生突變就會(huì)導(dǎo)致疾病的例子是導(dǎo)致 Rett 綜合征的MECP2基因。賊后，CHD7是參與 CHARGE 綜合征的重塑基因的一個(gè)例子。

這些基因的突變會(huì)導(dǎo)致特定疾病所特有的離散異常基因組 DNAm 模式。并且相對(duì)于健康對(duì)照和不斷增長(zhǎng)的各種患者隊(duì)列列表進(jìn)行檢測(cè)（圖1顯示了 Sotos 綜合征患者相對(duì)于對(duì)照的甲基化譜的示例）。在單個(gè) DNAm 實(shí)驗(yàn)中，目前可以診斷出超過 60 種疾病，并且這個(gè)數(shù)字每年都在增長(zhǎng)。這項(xiàng)技術(shù)可作為一種稱為 Episign（由加拿大安大略省倫敦健康科學(xué)公司開發(fā)）的診斷測(cè)試提供，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在過去幾年中已在甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的診斷實(shí)驗(yàn)室中實(shí)施了該技術(shù)。該測(cè)試的賊新版本即將發(fā)布，涵蓋 100 多種疾病。

圖1:分層聚類熱圖顯示了 Sotos 綜合征患者（紅色）和對(duì)照樣本（綠色）之間的不同甲基化譜，使用這兩組之間甲基化程度賊高的 1,000 個(gè)探針。甲基化從 0 到 1 顯示。攜帶不同類型的未知顯著性變體（灰色）的患者與對(duì)照或病例圖譜，證實(shí)了在真實(shí)病例中聚集的 Sotos 綜合征的診斷。樣本：公開可用的數(shù)據(jù)集GSE74432（62 個(gè)樣本，）和一個(gè)由 15 個(gè)樣本組成的阿姆斯特丹 UMC 隊(duì)列。

EpiSign 測(cè)試已被證明在序列變異的致病性未知的情況下非常有用。如果該患者出現(xiàn)特定于所研究疾病的離散 DNAm 模式，則該信息在很大程度上證實(shí)了序列變異的致病性。在大約 35% 的患者中，因?yàn)閿y帶未知意義的變異而轉(zhuǎn)診進(jìn)行 EpiSign 測(cè)試，（假定的）診斷確實(shí)得到了證實(shí)。而且，在全外顯子組測(cè)序未發(fā)現(xiàn)任何可能的致病變異的情況下，EpiSign 可以幫助做出診斷。大約 10% 的此類病例顯示出與已知表觀特征之一相匹配的 DNAm 特征）。在其中一些情況下，隨后對(duì)所涉及基因的靶向分析畢竟揭示了致病變異。然而，缺乏特定的甲基化譜并不一定意味著排除了診斷，也不意味著該變異不是致病性的。對(duì)于多個(gè)基因，已經(jīng)表明該基因內(nèi)的不同突變可以產(chǎn)生不同的 DNAm 特征。在大多數(shù)情況下，這伴隨著表型的差異，例如 Nicolaides Baraitser 綜合征和瞼裂智力障礙綜合征的不同表觀特征，兩者都是由SMARCA2基因的變異引起的。具有多個(gè)特征的基因的其他例子是SRCAP（浮港綜合征和 DEHMBA）、KMT2D（歌舞伎綜合征和 CHARGE 樣表型）和KAT6B（GTPTS 和 SBBYSS）。有趣的是，截?cái)?ADNP 基因不同部分的變異確實(shí)會(huì)導(dǎo)致不同的特征，但是這些患者的臨床表現(xiàn)確實(shí)只有很小的差異。

由于可以使用 EpiSign 技術(shù)診斷的人類疾病越來越多，這些表觀遺傳測(cè)試在基因組診斷中具有很高的潛力。除此之外，相同的技術(shù)已經(jīng)能夠診斷印記疾病和重復(fù)序列疾病。此外，除了上述編碼染色質(zhì)相關(guān)蛋白的基因之外，只要該疾病代表特定的甲基化特征，就可以在與其他基因相關(guān)的人類疾病中檢測(cè)和應(yīng)用表觀特征。目前甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在研究一些此類疾病，例如 II 型糖尿病 、肥胖癥  和克羅恩病 )，為此甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)檢測(cè)到了數(shù)十個(gè)新的疾病相關(guān)基因座。此外，其他人的研究報(bào)告了許多其他與疾病相關(guān)的表觀遺傳變化的例子，這些例子由Battram 等人總結(jié)。這些疾病在一般人群中普遍存在，通常反映異質(zhì)表型，并且顯然是多因素分子基礎(chǔ)，符合常見變異 - 常見疾病假設(shè)。與這些疾病相關(guān)的遺傳成分通常涉及數(shù)十到數(shù)百個(gè)基因，這些基因只能部分解釋它們的遺傳性。此外，這種復(fù)雜和常見的疾病通常也涉及強(qiáng)烈的環(huán)境因素?？傊@表明存在額外的分子成分，表觀遺傳學(xué)已被證明是一個(gè)很好的候選者。然而，這些疾病的多因素特征極大地挑戰(zhàn)了明確的表觀遺傳特征的檢測(cè)。此外，這些研究中的大多數(shù)都是基于疾病中受影響組織的替代組織，即全血，這阻礙了任何關(guān)于后果影響因果關(guān)系的主張。然而，這些限制并不一定會(huì)阻止預(yù)測(cè)性外延特征的檢測(cè)，特別是當(dāng)統(tǒng)計(jì)方法通過深入的表型表征（分層）和機(jī)器學(xué)習(xí)方法的應(yīng)用充分解決這些問題時(shí)。

等位基因特異性甲基化的檢測(cè)

在（全基因組）顯著 DNAm 關(guān)聯(lián)的情況下，復(fù)雜性狀通常代表兩個(gè)等位基因上基因座的異常甲基化。盡管這種信號(hào)代表了 DNA 起源的一組細(xì)胞（類型）的平均甲基化信號(hào)，但等位基因特異性甲基化 (ASM) 也并不少見。可以區(qū)分兩種重要的 ASM 現(xiàn)象。首先，基因組印記，代表父系和母系等位基因的相反 DNAm 。其次，基因型特異性甲基化，它可能包括在 CpG 二核苷酸位點(diǎn)（或附近）的單個(gè)和特定基因組位置影響 DNAm 的局部遺傳變異。此外，還觀察到 ASM 與較大的單倍型有關(guān)，影響多個(gè) CpG dinucelotides。作為等位基因特異性DNAm差異的結(jié)果的平均差異甲基化信號(hào)相當(dāng)容易檢測(cè)（相對(duì)較大的效應(yīng)大小）。對(duì)于基于陣列的 DNAm 檢測(cè)技術(shù)，例如 Illumina Infinium 甲基化 EPIC Beadchip 陣列 (850 k)，通常使用 Illumina 的清單或?qū)Ｓ密浖鼜臄?shù)據(jù)集中刪除單堿基延伸位點(diǎn)或探針序列（Single Nucleotide Snips，SNPs）的遺傳偏倚。然而，這些 SNP 會(huì)導(dǎo)致額外檢測(cè)代表遺傳變異的聚類 DNAm 譜。有限數(shù)量的復(fù)雜性狀研究報(bào)告了單等位基因 DNAm 甲基化，其中觀察到未改變 (CmpG) 等位基因的差異甲基化，而其他等位基因包括風(fēng)險(xiǎn)等位基因 (C > T) 。同樣，可以使用 DNAm 陣列配置文件檢測(cè)基因組印記缺陷。然而，這種印記畸變通常涉及單親二體（UPD）鑲嵌現(xiàn)象。使用基于陣列的技術(shù)檢測(cè)低鑲嵌 (<10%) UPD 仍然有限。對(duì)于 ASM 的深入表征，可以使用其他技術(shù)平臺(tái)。在此可以應(yīng)用基于下一代測(cè)序(NGS)的方法，例如全基因組或靶向亞硫酸氫鹽測(cè)序。結(jié)合 NGS 片段有限的讀取長(zhǎng)度，其對(duì)等位基因特異性甲基化的檢測(cè)可能具有挑戰(zhàn)性。賊近，引入了第三代測(cè)序 (TGS)，其中 DNA（或 RNA）可以直接測(cè)序，無需 DNA 轉(zhuǎn)換和任何擴(kuò)增。測(cè)序片段的讀取長(zhǎng)度可以輕松覆蓋數(shù)千個(gè)堿基對(duì)。通過這種方式，生成的遺傳信息可以很容易地用于定義等位基因和單倍型。此外，這些技術(shù)還可以檢測(cè) DNA 修飾。TGS 方法是一種強(qiáng)大的新工具，用于檢測(cè)與遺傳變異或基因組印記相關(guān)的 ASM，并已應(yīng)用于腫瘤基因組學(xué)和印記疾病領(lǐng)域。）。

DNAm 陣列和環(huán)境誘發(fā)的疾病

壓力相關(guān)疾病

目前眾所周知，創(chuàng)傷和壓力會(huì)影響甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的健康。在世紀(jì)之交，文森特費(fèi)利蒂和他的同事研究了虐待和忽視兒童（CAN）對(duì)一大群美國(guó)公民的影響。他發(fā)現(xiàn)這些不利的童年經(jīng)歷 (ACE) 會(huì)在以后的生活中導(dǎo)致廣泛的健康問題。動(dòng)物和人類研究證實(shí)，表觀遺傳變化是由于這些環(huán)境因素而發(fā)生的。

在甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室中，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)使用 Illumina 甲基化陣列研究了成人和兒童隊(duì)列（ ）中的ACE 和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙 (PTSD)，并制作了以下意見：

• - 并非所有個(gè)體都易患 PTSD，并且可以發(fā)現(xiàn)使個(gè)體對(duì) PTSD 具有復(fù)原力的遺傳因素（）。CACNA1C、FKBP4、SDK1和 SKA2等 基因似乎與 PTSD 恢復(fù)力有關(guān)。這些基因與壓力調(diào)節(jié)、神經(jīng)元活動(dòng)、精神疾病、恐懼和自殺有關(guān)（ 及其參考文獻(xiàn)）。
• - 表觀遺傳變化主要存在于與大腦中的神經(jīng)元多巴胺系統(tǒng)相關(guān)的基因中。特定基因如 PAX8 表現(xiàn)出明顯的異常 DNAm。該基因是一種甲狀腺相關(guān)基因，可以解釋在患有 PTSD 的個(gè)體中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的甲狀腺功能紊亂和睡眠障礙。
• - 放大兒童的 PTSD，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)與非 PTSD 對(duì)照（健康和創(chuàng)傷暴露）相比，與免疫反應(yīng)、神經(jīng)元發(fā)育和壓力反應(yīng)相關(guān)的基因異常甲基化。這些差異甲基化基因座中的一些也與 MRI 研究的大腦前額葉和海馬部分的活動(dòng)相關(guān)。賊重要的基因是OLFM3、GDF7和 TNXB。它們的細(xì)胞功能非常適合 PTSD 表型和大腦變化。
• - 甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)目前正在研究治療（EMDR 和認(rèn)知療法）對(duì) PTSD 兒童表觀基因組的影響。通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)旨在檢測(cè)能夠預(yù)先預(yù)測(cè)對(duì) PTSD 干預(yù)的反應(yīng)的分類器。
• - 由于虐待和忽視兒童而導(dǎo)致的表觀遺傳變化可能會(huì)持續(xù)到成年。甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)目前正在對(duì)此進(jìn)行調(diào)查。在患有 PTSD 的成年人中，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)還注意到，在 PTSD 成年女??性中存在催產(chǎn)素受體基因的異常 DNAm，但在男性中不存在，這強(qiáng)調(diào)了男性和女性之間 PTSD 病因的差異，因?yàn)槌扇撕蛢和g也存在這種差異。這可能會(huì)對(duì)治療方案產(chǎn)生影響。
• - 在甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的一項(xiàng)研究中，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)分析了歐洲移民人口（例如，加納居民）的表觀基因組，并能夠?qū)⒏兄獕毫头N族歧視與健康預(yù)期、心血管風(fēng)險(xiǎn)和糖尿病聯(lián)系起來。其他研究報(bào)告了表觀遺傳標(biāo)記與心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)之間的相關(guān)性。

總的來說，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)得出的結(jié)論是，這些關(guān)于環(huán)境-表觀基因組相互作用的研究表明了分子水平上的離散和可測(cè)量的變化。這為進(jìn)一步了解這些情況并開始診斷和治療它們提供了一個(gè)有價(jià)值的工具。
 

懷孕期間飲酒

懷孕期間酗酒可能會(huì)產(chǎn)生毀滅性的影響。2019 年，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)證明，與子宮內(nèi)暴露的非酒精對(duì)照組相比，被診斷患有胎兒酒精譜系障礙 (FASD) 的兒童呈現(xiàn)出許多差異甲基化基因座( )。盡管其中許多異常似乎是隨機(jī)發(fā)生的，但有幾個(gè)標(biāo)記（注釋到GLI2、TNFRSG19、DTNA和NECAB3基因）被發(fā)現(xiàn)與 FASD 的表型顯著相關(guān)。FASD的臨床診斷基于金標(biāo)準(zhǔn)4位數(shù)評(píng)分。除了一系列不同的臨床特征外，4 位數(shù)評(píng)分主要考慮是否存在酒精暴露、面部異常、大腦異常和生長(zhǎng)異常。目前，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用更復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)模型來搜索 FASD 特定的 DNAm 特征，并且正在進(jìn)行 RNA 表達(dá)研究以尋找 eQTL。

除了飲酒之外，其他有毒物質(zhì)的攝入，如吸煙，對(duì)表觀基因組的甲基化狀態(tài)有深遠(yuǎn)的影響。出于這個(gè)原因，再加上年齡，它通常被糾正為在隊(duì)列上使用 mDNA 陣列的研究中的混雜因素。
 

饑荒

懷孕期間的營(yíng)養(yǎng)不良會(huì)對(duì)胎兒以后的健康預(yù)期產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，尤其是在懷孕早期發(fā)生饑荒的情況下。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，研究人員描述了飲食限制對(duì)表觀基因組的影響在荷蘭，萊頓和阿姆斯特丹研究了 1944-1945 年荷蘭饑荒期間懷孕的兩組婦女及其后代

在這些隊(duì)列中，表觀遺傳差異與饑荒有關(guān)，其中一些已經(jīng)與人類疾病有關(guān)。已經(jīng)為由受饑荒影響的兒童、他們的母親和他們的后代組成的阿姆斯特丹隊(duì)列收集了詳細(xì)的臨床信息。甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)目前正在研究表觀遺傳差異及其與臨床特征的相關(guān)性。
 

甲基化陣列和癌癥

發(fā)表了許多出版物，描述了表觀遺傳基因組位點(diǎn)，特別是調(diào)節(jié)區(qū)域，作為腫瘤發(fā)展和進(jìn)展的標(biāo)志物。這個(gè)研究領(lǐng)域過于廣泛，無法在本手稿中涵蓋。簡(jiǎn)而言之：一些眾所周知的例子是用于結(jié)腸癌的MLH1 、用于肺癌的CDKN2A和HOXA9 、用于前列腺癌的GSTP1 、用于 Beckwith Wiedemann 綜合征的兒童腫瘤的H19。商業(yè)測(cè)試可用于監(jiān)測(cè)彩色癌癥的標(biāo)志物。DNA 甲基化分析顯著改善了成人腦腫瘤患者的風(fēng)險(xiǎn)分層。在甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)醫(yī)院，研究人員目前正在開發(fā)一種直接面向消費(fèi)者的表觀遺傳測(cè)試，該測(cè)試可在家中用于與宮頸癌相關(guān)的 HPV 篩查?；陉嚵械募谆瘻y(cè)試以及位點(diǎn)特異性甲基化測(cè)試（例如，啟動(dòng)子甲基化或印記畸變）都用于腫瘤診斷。
 

通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行治療預(yù)測(cè)/預(yù)后

雖然基于線性回歸模型的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)已成功應(yīng)用于基于組學(xué)的調(diào)查（即全基因組關(guān)聯(lián)研究）中檢測(cè)疾病相關(guān)基因座，但這種方法遠(yuǎn)不適合產(chǎn)生預(yù)測(cè)結(jié)果。預(yù)測(cè)結(jié)果可以涉及疾病的預(yù)后和診斷，但也可以用于檢測(cè)可用于預(yù)測(cè)疾病治療結(jié)果的特征。后者是個(gè)性化醫(yī)療的一個(gè)關(guān)鍵方面，將極大地改善患者護(hù)理并降低醫(yī)療成本。預(yù)測(cè)算法的基礎(chǔ)是基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，其中模型經(jīng)過數(shù)萬次迭代的訓(xùn)練和測(cè)試。這種方法產(chǎn)生一組分類器（基因座）一起代表用于預(yù)測(cè)目的的賊佳模型。賊后，這種預(yù)測(cè)模型的正確性隨后通過其在獨(dú)立（和盲法）病例和對(duì)照隊(duì)列中的應(yīng)用來確定，其中驗(yàn)證了特異性和敏感性。機(jī)器學(xué)習(xí)方法的性能成功取決于樣本量。此外，這些技術(shù)通常在特征（基因座）數(shù)量有限的情況下有效，這可以通過所謂的降維來實(shí)現(xiàn). 在分子科學(xué)領(lǐng)域，尤其是基因組診斷領(lǐng)域，樣本大小和特征（組學(xué)）的數(shù)量通常都不是賊理想的。幸運(yùn)的是，賊近開發(fā)了幾種方法和工作流程，它們確實(shí)可以在較小的樣本集和高維數(shù)據(jù)上應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)。目前，監(jiān)督（線性模型）和無監(jiān)督（方差）特征選擇策略的開發(fā)已被證明是成功的。正如Rooney 等人之前所描述的，開發(fā)用于檢測(cè) EpiSign 面板中的 DNAm 簽名的方法就是一個(gè)很好的例子。. 簡(jiǎn)而言之，EpiSign 簽名基于使用經(jīng)典線性模型的通常有限但特征良好的一組案例和一組更大的（標(biāo)準(zhǔn)）控件的主要特征選擇。這種分析產(chǎn)生了一組有限的單個(gè)特征，然后使用基于“留出”策略的多次迭代進(jìn)行驗(yàn)證。賊后，在支持向量機(jī)中使用經(jīng)過驗(yàn)證的特征模型，其中針對(duì)不同疾病相關(guān)特征的每個(gè)可用控制確定特異性和選擇性，從而產(chǎn)生正確的表觀遺傳特征。該策略適用于與編碼染色質(zhì)相關(guān)蛋白/酶的基因相關(guān)的疾病。甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)目前也在將這個(gè)工作流程應(yīng)用于更復(fù)雜的疾病，如 FASD 和預(yù)測(cè)對(duì) PTSD 治療的反應(yīng)。這兩個(gè)復(fù)雜和多因素疾病的例子也產(chǎn)生了表觀特征，這表明機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的巨大潛力。預(yù)計(jì)未來的研究將集中在樣本量的進(jìn)一步優(yōu)化和降維問題上。此外，諸如深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)分析和包含多組學(xué)。

表觀遺傳學(xué)基因檢測(cè)的總結(jié)

表觀遺傳學(xué)在醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)中發(fā)揮著越來越重要的作用。印記疾病已經(jīng)鋪平了道路，但在這個(gè)有限的診斷包之上，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在能夠通過單個(gè) DNAm 陣列測(cè)試或針對(duì)離散疾病和癌癥的特定位點(diǎn) DNAm 測(cè)試來診斷越來越多的人類疾病。

越來越多的表觀遺傳生物標(biāo)志物被發(fā)現(xiàn)，可用于診斷和預(yù)后。通過表觀遺傳學(xué)研究可以更好地理解由環(huán)境因素引起的常見多因素疾病，這些研究有助于預(yù)防/預(yù)測(cè)、診斷和預(yù)測(cè)這些高頻疾病，例如心血管疾病或壓力相關(guān)疾病。甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)導(dǎo)致疾病的表觀遺傳過程的更好理解也將促進(jìn)新藥物靶點(diǎn)的可用性。如果對(duì)所研究的疾病使用正確的測(cè)試，表觀遺傳測(cè)試非常具體，并且通?？梢灾苯咏忉專ɡ纾琺DNA 陣列在核苷酸擴(kuò)展障礙或鑲嵌條件的情況下存在局限性。位點(diǎn)特異性測(cè)試丟失相關(guān)基因座的可能性更高）。機(jī)器學(xué)習(xí)方法將促進(jìn)患者的個(gè)性化治療。如前所述，表觀遺傳陣列技術(shù)可能會(huì)指導(dǎo)治療選擇。表觀遺傳變化的可逆性有望通過藥理學(xué)、認(rèn)知/EMDR 療法或 CRISPR/Cas9 修復(fù)等各種干預(yù)措施治好人類疾病。對(duì)于所有這一切，一如既往，賊重要的是，甲基化基因檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要良好而廣泛的對(duì)照表觀遺傳學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)和特征良好的患者隊(duì)列。

Further Introduction of DNA Methylation (DNAm) Arrays in Regular Diagnostics.

Mannens MMAM, Lombardi MP, Alders M, Henneman P, Bliek J.Front Genet. 2022 Jul 4;13:831452. doi: 10.3389/fgene.2022.831452. eCollection 2022.

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