8月23日，国际学术期刊Cell Reports在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）石建涛研究员与上海交通大学医学院附属瑞金医院方海教授的最新研究成果“Toward the DNA methylation haplotype map of 11 common solid cancers”。该研究通过全基因组亚硫酸盐测序（WGBS），绘制了11种中国人群常见实体瘤的DNA甲基化单体图谱（DNA methylation haplotype map），并鉴定出81,567个DNA甲基化单体水平上的共甲基化区间，称为DNA甲基化单体块（Methylation Haplotype Blocks,MHBs）。大规模数据整合分析表明，肿瘤MHB富集了肿瘤特异性调控元件，和肿瘤细胞的基因表达调控显著相关，也能作为肿瘤液体活检的标志物。

DNA甲基化是重要的表观遗传修饰，在基因表达调控中发挥关键作用。传统研究策略通常采用CpG位点甲基化平均水平作为评估标准，据此划分出无甲基化区域（UMR）、低甲基化区域（LMR）以及部分甲基化结构域（PMD）等功能区块（Burger et al.,2013）。然而，这种基于均值的分析方法存在重要缺陷：仅考虑甲基化的整体水平，忽略了单个DNA分子上的甲基化分布模式，即DNA甲基化单体特征。相同的平均甲基化水平可能对应不同的单体甲基化构型，产生截然不同的转录调控效果。不仅如此，邻近CpG位点的甲基化状态并非随机分布，而是可能存在相关性。受此启发，研究者运用群体遗传学的连锁分析理念，识别出具有协同甲基化特性的基因组片段，并将其命名为甲基化单体块（MHB）（Shoemaker et al.,2010；Guo et al.,2017）。这些区域被认为是结构稳定的基因组单元，在胚胎发育过程中维持相对稳定。尽管如此，MHB在不同肿瘤中的分布特征及其潜在的生物学意义，仍需深入研究。

在以往的研究中，石建涛研究组创建了新的DNA甲基化单体格式mHap（Zhang et al.,2021），并开发了配套分析软件mHapTk（Ding et al.,2022）和数据平台mHapBrowser（Hong et al.,2023），为大规模整合分析提供了技术支撑。该团队与方海研究组合作，利用海量公共WGBS数据资源，克服了传统"甲基化均值"分析的瓶颈，构建了涵盖17种正常组织的DNA甲基化单体图谱（Feng et al. 2023），并发现了一类由甲基化单体特征定义的转录调控元件。

在此基础上，两个研究组再度合作，将研究目标转向高度异质性的实体肿瘤。首次在泛癌水平上对中国人群11种常见、原发实体瘤样本进行深度WGBS测序，共鉴定出 81,567个非冗余的肿瘤MHB。这些基因组区间富集了肿瘤特异性调控元件，在排除了差异甲基化区间的影响后，仍然同肿瘤差异表达的基因显著相关，并在多个肿瘤类型中富集G2/M检查点、MYC靶基因和E2F信号通路等致癌通路。肿瘤MHB可用于分析肿瘤DNA甲基化异质性，发现甲基化失调与驱动性突变存在关联，且富集于炎症相关通络。在转化应用方面，肿瘤MHB可为复杂癌症的早期预警和分子检测提供高度特异性的潜在标志物。综上所述，肿瘤MHB作为多模态表观遗传调控因子，有效连接了肿瘤异质性、转录调控和液体活检诊断，为肿瘤复杂生物学特征解析及临床诊断应用提供了新途径。

分子细胞卓越中心研究生洪毓阳以及上海交通大学张志强博士为该论文的共同第一作者。分子细胞卓越中心石建涛研究员和上海交通大学医学院附属瑞金医院方海教授为该论文的共同通讯作者。该项研究得到了分子细胞卓越中心高性能计算平台的大力支持。该项目由国家自然科学基金资助。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124725009684

肿瘤DNA甲基化单体图谱