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850K甲基化芯片
背景介紹
表觀基因組學修飾可以通過調控基因表達，參與細胞和組織分化、發育、衰老、環境適應等一系列過程。大量的研究表明，表觀遺傳修飾的異常也會引起細胞、組織、器官，乃至整個機體的結構和功能改變，甚至導致疾病的發生，尤其是 DNA 甲基化（DNA methylation）變化會伴隨著許多復雜疾病（如腫瘤、精神類疾病、心血管疾病等）的早期發生到后期發展，并可作為臨床疾病全過程管理（包括早期診斷、個性化醫療、復發檢測、慢性疾病的風險評估等）的生物標志物。因此，對DNA甲基化的深入研究有助于了解疾病發病機制，發現疾病相關的分子標志物，為精準醫學發展奠定基礎。
DNA甲基化與腫瘤風險預測
產品簡介
Illumina公司推出的Infinium Methylation EPIC（簡稱：850K甲基化芯片）芯片保留了其前身Infinium Human Methylation 450K芯片大于90%的CpG位點，并額外添加了增強子區域的35萬個CpG位點，每張芯片可檢測8個樣本，每個樣本可檢測85萬個標記。 850K甲基化芯片能檢測組織、細胞、FFPE等樣本在單個CpG水平上的甲基化變化，是一個經濟、有效的甲基化高通量篩選技術平臺。該方法為表觀遺傳研究提供了強有力的解決方案，不僅是腫瘤、呼吸系統、心血管、精神類等復雜疾病研究的有力工具，更是目前最適合表觀基因組關聯分析（EWAS）研究的高通量檢測技術平臺。
Illumina Infinium Methylation EPIC BeadChip（850K）
技術原理
850K甲基化芯片采用了Infinium I和Infinium II兩種微珠設計方法加強甲基化分析的覆蓋深度。尤其Infinium II僅提供一種微珠類型，經探針雜交后，通過是否發生單堿基延伸即可判定是否甲基化。
探針一： 對于每個甲基化位點， 都對應設計有兩種探針： M 型磁珠、 U 型磁珠。 M 型磁珠尾部為 G，用來檢測甲基化位點。 U 型磁珠尾部為 A， 用來檢測未甲基化位點。
基因組上的某一位點， 如果被甲基化了， 那么在亞硫酸氫鹽的處理下， GC 仍為 GC， 與 M 型磁珠配對， 熒光標記的核苷酸摻入后能被檢測到熒光信號。 M 型磁珠發光。 反之， 如果沒有被甲基化， 那么在亞硫酸氫鹽的處理下， GC 變為 GT， 與 U 型磁珠配對， 延伸后 U 型磁珠發光。
探針二： Infinium Ⅱ 探針只使用一種磁珠， 探針末端為 C。 配對后只摻入單個堿基（ ddNTP-BioT，ddNTP-DNP） 。 根據熒光類型判斷摻入的堿基類型， 從而判斷是否被甲基化。
infinium探針檢測原理
結果展示
相關性分析（左）； 甲基化程度熱力圖（中）； 聚類熱圖（右）
差異位點分布circos（左）； 無監督聚類樹狀圖（中）； 富集分析氣泡圖（右）
產品優勢
廣泛應用
發表科研論文最多的甲基化技術平臺，美國癌癥基因組圖譜（TCGA）計劃檢測樣本量達 10,181 個，國際癌癥基因組聯盟（ICGC）檢測樣本量達 9,246 個
性價比高
>850,000 個甲基化位點，單堿基分辨，可以直接檢測到發生甲基化的確切位點
重復性高
自身技術重復相關性 R2>0.98，與 450K 交集探針間（850K vs 450K）相關性 R2>0.98
經驗豐富
團隊服務項目經驗>100項，樣本數>6000例。應用包括：腫瘤、精神疾病、免疫疾病、藥物表觀基因組、生殖和發育、干細胞、中醫體質等
送樣要求
應用方向
應用案例
區分原發性肺鱗狀細胞癌與轉移癌的甲基化標志物研究
Machine learning analysis of DNA methylation profiles distinguishes primary lung squamous cell carcinomas from head and neck metastases
發表雜志：Science Translational Medicine（IF：17.956）； 發表時間： 2019年 9月； 應用技術：850K甲基化芯片
頭頸部鱗狀細胞癌（HMSC）患者有可能同時發生肺轉移或二次肺鱗狀細胞癌（LUSC）。區分原發性肺癌和肺轉移癌具有重要的臨床意義，但目前多數情況下無法對兩種癌癥進行區分。研究人員首先對原發性肺鱗癌、頭頸部鱗癌肺轉移和正常對照樣本共計 1071 例樣本的 DNA 甲基化數據進行分析，利用差異最為顯著的2,000 個 CpG 位點構建分類器，通過比較隨機森林，支持向量機和神經網絡三種不同機器學習算法，發現神經網絡算法在判別原發性肺鱗癌樣本的準確率達到 96.4%。進一步提高亞組患者的分類結果概率分數，發現該算法能夠對大多數病例診斷準確度超過 99%。
訓練隊列的 t-SNE 圖（左）； 神經網絡、支持向量機和隨機森林的分類結果熱圖（右）
