Sequenciação de Metilação de DNA e o Relógio Epigenético

Introdução

O conceito de relógio epigenético representa uma forma inovadora de estimar a idade biológica de um indivíduo ao analisar alterações epigenéticas no seu DNA. A epigenética investiga a relação complexa entre os padrões de expressão genética e a sequência de DNA subjacente. Os relógios epigenéticos baseiam-se na avaliação de marcas epigenéticas específicas, como Metilação do DNA e modificações de histonas, para prever a idade biológica de um indivíduo ao analisar alterações dentro do seu genoma.
Por favor, leia o nosso artigo. Sequenciação de Epigenómica: Análises de Metilação de DNA entre Eucarióticos e Procarióticos.

O que é o Relógio Epigenético?

À medida que os indivíduos progridem na vida, as suas marcas epigenéticas sofrem alterações mensuráveis, intimamente associadas ao processo de envelhecimento. Essas mudanças oferecem uma janela única para estimar a idade biológica de um indivíduo. É notável que essas alterações epigenéticas exibem uma consistência em vários tecidos e tipos celulares. Assim, ao amostrar diferentes tecidos ou células, os investigadores podem estimar com precisão a idade biológica de um indivíduo.

Modelagem do Relógio Epigenético

Os relógios epigenéticos existem em várias formas, incluindo relógios de metilação de DNA e relógios de modificação de histonas. Estes relógios são construídos ao examinar e modelar a correlação entre marcas epigenéticas no DNA e a idade cronológica. O processo de modelagem do relógio epigenético desenrola-se através de uma série de etapas bem definidas:

• Coleta de Amostras e Aquisição de Dados
  Uma coleção abrangente de amostras, cada uma acompanhada de informações sobre a idade, é obtida de diversas fontes, incluindo sangue, tecidos ou outros espécimes biológicos. A partir dessas amostras, o DNA é meticulosamente extraído e os marcadores epigenéticos, como os níveis de metilação do DNA, são precisamente quantificados.
• Seleção de Características
  A partir dos vastos dados de marcadores epigenéticos, um subconjunto de características relacionadas com a idade é meticulosamente selecionado. Este processo de seleção frequentemente utiliza metodologias estatísticas, algoritmos de aprendizagem automática e outras técnicas relevantes de seleção de características.
• Construção de Modelos
  A jornada de desenvolvimento do modelo inclui treino, avaliação, validação e otimização. O modelo otimizado é então rigorosamente testado em amostras independentes de diferentes conjuntos de dados para avaliar a sua capacidade de generalização e estabilidade. Um modelo de relógio epigenético validado pode ser utilizado para prever a idade de amostras desconhecidas e para explorar fenómenos relacionados com a idade, como o processo de envelhecimento e a suscetibilidade a doenças.
• Análise de Metilação de DNA e Modelagem do Relógio
  A metilação do DNA, uma modificação epigenética fundamental, influencia significativamente a expressão génica ao introduzir grupos metilo nas moléculas de DNA. Estudos recentes sublinharam o papel crucial da metilação do DNA na estimativa da idade biológica, muitas vezes referida como o relógio de metilação do DNA. O processo está intrinsecamente ligado ao sequenciamento.

Tecnologias de Sequenciação para Análise de Metilação de DNA

A chegada das plataformas de sequenciação de nova geração (NGS) revolucionou o panorama da análise de metilação dentro da genómica. Um dos métodos mais comuns para a análise de locais de metilação baseia-se na sequenciação com bisulfito. Aqui está como funciona: a citosina (C) não metilada é transformada em uracilo (T) através do tratamento com sulfito, enquanto a citosina metilada permanece inalterada. As amostras de DNA tratadas são posteriormente sequenciadas, e os dados resultantes são meticulosamente comparados com o genoma de referência para identificar os locais de metilação.

• Sequenciação de Bisulfito de Genoma Inteiro (WGBS)
  WGBS é um método de sequenciação por bisulfito de padrão ouro que revela a metilação do DNA de forma abrangente em todo o genoma, abrangendo tanto os locais CpG como os locais menos comuns não CpG, como CNG. Este método fornece uma riqueza de dados, até ao nível de base em cada local de citosina metilada.
  Por favor, leia o nosso artigo. Pipeline de Análise de Dados de Sequenciação de Bisulfito de Todo o Genoma (WGBS).
• Sequenciação de Bisulfito Representativa Simplificada (RRBS)
  RRBS leva o sequenciamento baseado em bisulfito um passo mais longe. Detecta meticulosamente quase todos os locais CpG em todo o genoma com uma resolução base. Ao cleavar estrategicamente o genoma usando enzimas MspI (focando em locais CCGG) e empregar seleção de tamanho, o RRBS enriquece seletivamente regiões-alvo ricas em CpG biologicamente relevantes, como promotores e ilhas CpG. Este método fornece uma visão abrangente de até 7-8 milhões de locais CpG únicos cobrindo quase todas as ilhas CpG, promotores de genes, a maioria dos elementos regulatórios genéticos, corpos de genes e sequências de DNA repetitivas.
  Por favor, leia o nosso artigo. Uma Introdução ao Sequenciamento de Bisulfito de Representação Reduzida (RRBS).
• Sequenciação de Bisulfito Direcionada
  O sequenciamento de bisulfito direcionado oferece a capacidade de analisar a metilação do DNA em regiões genómicas específicas com resolução a um único nucleótido. É extremamente valioso para testar hipóteses dentro de regiões de interesse, bem como para confirmar resultados de análises de metilação em todo o genoma (por exemplo, WGBS, RRBSe MeDIP-seq). Dependendo do tamanho da região de interesse, este método pode incluir uma etapa de amplificação baseada em PCR para múltiplas regiões de DNA transformadas por bisulfito numa única reação ou uma abordagem de captura por hibridização utilizando oligonucleotídeos pré-projetados para isolar regiões de DNA que contêm locais CpG-alvo.
  Por favor, leia o nosso artigo Sequenciação Genómica por Bisulfito (BSP-Seq) - Identificação de Metilação para ssDNA e dsDNA.

Em Conclusão

A sequenciação de metilação de DNA serve como uma ferramenta poderosa para a construção de relógios epigenéticos, permitindo estimativas precisas da idade biológica de um indivíduo. Vários métodos de sequenciação, como WGBS, RRBSe sequenciação de bisulfito direcionadafornecem informações detalhadas sobre padrões de metilação do DNA, facilitando a criação de modelos robustos para a previsão da idade. Além disso, oferecem um ponto de vista valioso para estudar o processo de envelhecimento e compreender os riscos de saúde associados.