Einführung in die Epigenomik und die epigenomweite Analyse

Die Epigenetik befasst sich mit vererbbaren Veränderungen, die nicht in der DNA-Sequenz kodiert sind. Die Cytosin-Methylierung der DNA an CpG-Dinukleotiden ist das am besten untersuchte epigenetische Phänomen, obwohl epigenetische Veränderungen auch Mechanismen umfassen, die nicht mit der DNA-Methylierung zusammenhängen, wie z. B. kovalente Histon-Modifikationen, Mikro-RNA-Wechselwirkungen und Komplexe zur Umgestaltung des Chromatins. Dieses Kapitel beginnt mit einem allgemeinen Überblick über die Epigenomik und konzentriert sich dann auf das Verständnis und die Analyse von genomweiten Cytosin-Methylierungsdaten. Es gibt viele Microarray-basierte Techniken zur Messung der Cytosin-Methylierung im gesamten Genom sowie Gold-Standard-Techniken, die auf der Sequenzierung von Bisulfit-konvertierter DNA basieren, mit der die Methylierung in einer kleineren, gezielteren Gruppe von Loci gemessen wird. Wir haben einen Überblick über viele der aktuellen Technologien gegeben – ihre Vorteile, Grenzen und jüngsten Verbesserungen. Unabhängig davon, welche Technologie verwendet wird, besteht das Ziel darin, eine Reihe von Methylierungsmessungen zu erhalten, die in hohem Maße mit den tatsächlichen Methylierungswerten der entsprechenden CpG-Dinukleotide übereinstimmen. In solchen Studien kann die Entwicklung von methylierungsbasierten Diagnoseinstrumenten von Interesse sein, die möglicherweise als Strategien zur Früherkennung von Krankheiten auf der Grundlage einer Reihe von Sentinel-Loci eingesetzt werden können. Darüber hinaus kann die Identifizierung von Loci mit potenziell reversiblen Methylierungsereignissen zu neuen therapeutischen Optionen führen. In Anbetracht der großen Anzahl messbarer Stellen ist die Priorisierung von Kandidaten-Loci ein wichtiges und komplexes Thema und beruht auf einer Grundlage geeigneter statistischer Tests und Zusammenfassungen. In Verbindung mit statistischen Schätzungen der Bedeutung kann der genomische Kontext jedes gemessenen Locus wichtige Informationen über die Mechanismen liefern, durch die sich epigenetische Veränderungen auf Krankheiten auswirken, und uns eine weitere Verfeinerung der Kandidaten-Loci ermöglichen. Zum Abschluss dieses Kapitels werden Probleme bei der Erstellung von methylierungsbasierten Modellen für die Vorhersage und mögliche Richtungen der weiteren statistischen Forschung in der Epigenetik aufgezeigt.