Methylierungsarrays

Methylierungsarrays, auch als DNA-Methylierungs-Arrays bezeichnet, sind Hochdurchsatz-Mikroarray-Plattformen zur Messung der DNA-Methylierung an Hunderttausenden bis Millionen CpG-Stellen im Genom. Sie ermöglichen eine systematische Erfassung methylierter cytosinbasierter Positionen in vielen Proben gleichzeitig und werden häufig in epigenomweiten Assoziationsstudien (EWAS) eingesetzt.

Funktionsprinzip: Aus Proben extrahierte DNA wird bisulfidisiert, wodurch methylierte von unmethylierten Cytosinen unterschieden werden. Die transformierte DNA wird auf einem BeadChip oder Microarray hybridisiert, und durch fluoreszierende Signale wird der Methylierungsgrad an jeder Stelle bestimmt. Als Ergebnis erhält man typischerweise Beta-Werte (Verhältnis der gemessenen methylierten Signale zum Gesamtsignal) oder M-Werte.

Plattformen und Reichweite: Die am weitesten verbreiteten Infinium-Bead-Chips stammen von Illumina, z. B. 450K (veraltet) und EPIC 850K. Diese Arrays decken eine breite, aber ausgewählte Teilmenge CpG-Positionen ab, mit Fokus auf Promotoren, CpG-Inseln und regulatorische Elemente.

Vorgehen und Datenverarbeitung: Typischer Ablauf umfasst DNA-Extraktion, Bisulfat-Konversion, Hybridisierung auf dem Array, Scan der Chips und anschließende Datenverarbeitung. Wichtige Schritte in der Analyse sind Qualitätskontrolle, Normalisierung (z. B. SWAN, functional normalization), Filterung problematischer Proben- und Proben-SNPs sowie Identifikation von differentially methylated positions (DMPs) oder Regionen (DMRs).

Stärken und Einschränkungen: Methylierungsarrays bieten kosteneffiziente, hochdurchsatzfähige Messung bei vielen Proben, aber sie beschränken sich auf vordefinierte CpG-Stellen und sind anfällig für Batch-Effekte sowie Probleme wie SNPs oder kreuzhybride Probes. Sie ergänzen Sequenzmethoden wie RRBS oder WGBS.

Anwendungen: EWAS, Krebs-, Entwicklungs- und Alterungsforschung sowie Biomarkerentwicklung in Blutproben.