Introduction to epigenomics and epigenome-wide analysis

Epigenetiikka on muiden kuin DNA-sekvenssiin koodattujen perinnöllisten muutosten tutkimusta. DNA:n sytosiinimetylaatio CpG-dinukleotideissa on tutkituin epigeneettinen ilmiö, vaikka epigeneettiset muutokset käsittävät myös muita kuin DNA-metylaatiomekanismeja, kuten kovalenttiset histonimodifikaatiot, mikro-RNA-vuorovaikutukset ja kromatiinin remodeling-kompleksit. Metylaatiomuutosten, sekä globaalien että geenispesifisten, on havaittu olevan yhteydessä sairauksiin, erityisesti syöpään.Tässä luvussa luodaan ensin yleiskatsaus epigenomiikkaan, minkä jälkeen keskitytään genominlaajuisten sytosiinimetylaatiotietojen ymmärtämiseen ja analysointiin. Käytettävissä on monia mikrosirupohjaisia tekniikoita, joilla voidaan mitata sytosiinimetylaatiota koko genomissa, sekä kultaisia standarditekniikoita, jotka perustuvat bisulfiittimuunnetun DNA:n sekvensointiin, jota käytetään metylaation mittaamiseen pienemmässä, kohdennetummassa joukossa lokuksia. Olemme antaneet yleiskatsauksen monista nykyisistä tekniikoista, niiden eduista, rajoituksista ja viimeaikaisista parannuksista. Riippumatta siitä, mitä tekniikkaa käytetään, tavoitteena on tuottaa joukko metylaatiomittauksia, jotka vastaavat pitkälti vastaavien CpG-dinukleotidien todellisia metylaatiotasoja.Kaikkien sellaisten lokusten tunnistaminen, joissa on poikkeavaa metylaatiota tai hypometylaatiota sairauksissa tai luonnollisissa prosesseissa, kuten ikääntymisessä, edellyttää metylaatiotasojen vertailua useiden näytteiden välillä. Tällaisissa tutkimuksissa voi olla kiinnostavaa kehittää metylaatioon perustuvia diagnostisia välineitä, joita voidaan mahdollisesti käyttää varhaisten tautien havaitsemisstrategioina, jotka perustuvat tiettyihin sentinellilokuksiin. Lisäksi sellaisten lokusten tunnistaminen, joissa on mahdollisesti palautuvia metylaatiotapahtumia, voi johtaa uusiin hoitovaihtoehtoihin. Kun otetaan huomioon mitattavissa olevien kohtien suuri määrä, ehdokaslokusten priorisointi on tärkeä ja monimutkainen kysymys, joka perustuu asianmukaiseen tilastolliseen testaukseen ja yhteenvetoon. Yhdessä tilastollisten tärkeysarvioiden kanssa kunkin mitatun lokuksen genominen konteksti voi tarjota tärkeää tietoa mekanismeista, joilla epigeneettiset muutokset vaikuttavat tautiin, ja antaa meille mahdollisuuden tarkentaa edelleen ehdokaslokuksia. Päätämme tämän luvun määrittelemällä metylaatioon perustuvien ennustemallien rakentamiseen liittyviä kysymyksiä ja mahdollisia epigenetiikan tilastollisen jatkotutkimuksen suuntia.