血浆游离DNA羟甲基化深度检测在脑胶质瘤早期无创诊断及复发监测中的应用与基础研究

Epigenetics is a fundamental component of genetic regulation. Abnormal epigenetic changes are involved in tumorigenesis and malignant progression of cancer. Unlike 5mC, 5hmC is a relatively new modified base, and it has not been widely used in the detection of cfDNA. Previous studies have shown that 5hmC might play an important role in tumorigenesis of gliomas. In our previous studies, we have found that cfDNA hydroxymethylation is different between glioblastoma cancer patient and healthy individuals in 5-hmC level and distribution pattern. Therefore, we hypothesize that loss of hydroxymethylation of cytosine leads to activation of downstream oncogenes, which is crucial in tumorigenesis and malignant progression of cancer, and that cfDNA tumor released has information regarding level and distribution of 5-hmC in tumor. Thus, this study investigates cfDNA hydroxymethylation in glioma patients with biotin chemical tagging enrichment/avidin beads pull-down and deep sequencing of 5-hmC containing cfDNA fragments. We will explore the mechanism of changes in DNA hydroxymethylation level and distribution pattern in tumorigenesis and to infer tumor DNA hydroxymethylation through detecting cfDNA hydroxymethylation pattern, and to predict gene expression in tumor cells. This research will provide evidence and data to support development of new tumor markers.

表观遗传修饰是基因调控过程的关键组成部分，其异常改变与肿瘤的发生、发展具有密切的关系。与5mC不同，5hmC发现较晚，并且在cfDNA中丰度较低，其在cfDNA中的检测难度较大。目前研究显示5hmC可能在胶质瘤发生中具有重要作用，我们前期对于多形性胶质母细胞瘤的研究发现肿瘤较正常人cfDNA表现出羟甲基化分布模式改变。据此，我们提出假说，DNA羟甲基化丢失引起一系列下游原癌基因激活是胶质瘤发生的重要机制，胶质瘤细胞释放cfDNA携带有DNA羟甲基化水平及分布模式信息。因此，本研究以胶质瘤患者的血浆cfDNA为研究对象，采用生物素标记-亲和素富集5-hmC测序的方法，研究DNA羟甲基化水平及分布模式改变在胶质瘤发生中的作用机制，并通过检测外周血cfDNA的羟甲基化修饰水平来间接检测肿瘤细胞DNA羟甲基化修饰水平，为开发全新的胶质瘤早期检测及复发监测标志物提供理理论依据。

表观遗传修饰是基因调控过程的关键组成部分，其异常改变与肿瘤的发生、发展具有密切的关系。与5mC不同，5hmC发现较晚，并且在cfDNA中丰度较低，其在cfDNA中的检测难度较大。目前研究显示5hmC可能在胶质瘤发生中具有重要作用。据此，我们提出假说，DNA羟甲基化丢失引起一系列下游原癌基因激活是胶质瘤发生的重要机制，胶质瘤细胞释放cfDNA携带有DNA羟甲基化水平及分布模式信息。因此，本研究以胶质瘤患者的血浆cfDNA为研究对象，采用生物素标记-亲和素富集5-hmC测序的方法，本研究构建了正常人外周血浆cfDNA及血细胞羟甲基化特征分布谱，并成功绘制不同级别胶质瘤的全基因组羟甲基化特征分布谱，并进一步研究了各级别胶质瘤cfDNA羟甲基化特征谱及与正常人cfDNA羟甲基化谱之间的区别，明确胶质瘤患者中外周血cfDNA与肿瘤gDNA的关系，筛选出各级别胶质瘤特异性异常羟甲基化基因。本研究进一步以外周血cfDNA羟甲基化模式为基础开发了全新的用于胶质瘤的无创早期筛查、复发监测的标志物模型，为其在胶质瘤筛查及恶性进展、液体活检中的应用提供了科学依据。