Medición de diferencialmente metilado<em> INS</em> Especies de ADN en muestras de suero humano como un biomarcador de la muerte celular de islotes β
Summary
Islet β cell death precedes development of type 1 diabetes, and detecting this process may allow for early therapeutic intervention. Here, we provide a detailed description of how to measure differentially methylated INS DNA species in human serum as a biomarker of β cell death.
Abstract
The death of islet β cells is thought to underlie the pathogenesis of virtually all forms of diabetes and to precede the development of frank hyperglycemia, especially in type 1 diabetes. The development of sensitive and reliable biomarkers of β cell death may allow for early therapeutic intervention to prevent or delay the development of diabetes. Recently, several groups including our own have reported that cell-free, differentially methylated DNA encoding preproinsulin (INS) in the circulation is correlated to β cell death in pre-type 1 diabetes and new-onset type 1 diabetes. Here, we present a step-by-step protocol using digital PCR for the measurement of cell-free INS DNA that is differentially methylated at cytosine at position -69 bp (relative to the transcriptional start site). We demonstrate that the assay can distinguish between methylated and unmethylated cytosine at position -69 bp, is linear across several orders of magnitude, provides absolute quantitation of DNA copy numbers, and can be applied to samples of human serum from individuals with new-onset type 1 diabetes and disease-free controls. The protocol described here can be adapted to any DNA species for which detection of differentially methylated cytosines is desired, whether from circulation or from isolated cells and tissues, and can provide absolute quantitation of DNA fragments.
Introduction
La diabetes de tipo 1 (T1D) es una enfermedad autoinmune que se caracteriza por la destrucción de los islotes productoras de insulina por las células β células T autorreactivas 1. El diagnóstico de la diabetes tipo 1 se hace típicamente en la medición de (glucemia> 200 mg / dl) la hiperglucemia en un individuo joven magra, que podría presentar con cetoacidosis como evidencia de la deficiencia de insulina. En el momento del diagnóstico de T1D, hay evidencia de una pérdida sustancial de la función de células β y la masa (de 50 – 90%) 2. En estudios clínicos, varios fármacos moduladores inmunes que fueron instituidas en el momento del diagnóstico como resultado la estabilización de la función de las células β (y, presumiblemente, la masa), pero ninguno ha dado lugar a la remisión clínica de la enfermedad, un hallazgo que ha levantado la llamada para el desarrollo de biomarcadores para la detección precoz de la enfermedad y para el seguimiento longitudinal de la efectividad de las terapias de combinación 3,4. Los esfuerzos de los consorcios internacionales, como unaEs la Red de Investigación Consorcio de islotes humanos en los Institutos Nacionales de Heath 5, han hecho hincapié en la necesidad de desarrollar biomarcadores que se centran en el estrés celular β y la muerte en la DM1.
En línea con estos esfuerzos, nuestro grupo y otros han desarrollado recientemente ensayos de biomarcadores que miden la circulación, fragmentos de ADN epigenetically modificados que se derivan principalmente de las células que mueren beta 6 – 9. En todos los ensayos publicados hasta la fecha, la atención se ha centrado en la cuantificación del gen humano que codifica la preproinsulina (INS), lo que demuestra un mayor grado de sitios CpG no metilados en las regiones codificantes y promotores en comparación con otros tipos de células. La liberación de fragmentos de ADN INS no metilados se planteó la hipótesis de que surja principalmente de la muerte (necrosis, apoptosis) las células beta. Nuestros estudios recientes demostraron que en la juventud, las elevaciones en el ADN INS tanto metilado y no metilado en la posición -69 pb (con relación al tél inicio de la transcripción sitio) se observaron en nueva aparición de diabetes tipo 1, y juntos sirvió como biomarcadores específicos para esta población 6. Estos ensayos de biomarcadores implican el aislamiento de ADN libre de células a partir de suero o plasma usando kits comerciales de giro, seguido de una conversión de bisulfito del ADN aislado (para convertir las citosinas no metiladas a uracilos, dejando citosinas metiladas intacta).
En este informe, se describen los aspectos técnicos de la recogida de muestras de suero, el aislamiento de ADN libre de células a partir de suero, la conversión de bisulfito, y el rendimiento de la PCR digital de la gotita (en adelante, digital PCR) para el ADN metilado diferencialmente INS.
Protocol
Representative Results
Discussion
La metilación de las citosinas por metiltransferasas de ADN permite el control epigenético de la transcripción en muchos genes. El gen INS en los seres humanos se expresa casi exclusivamente en los islotes β células, y no parece haber una correlación entre la frecuencia de metilación de citosinas en el gen INS para silenciamiento de su transcripción 11. Como tal, la mayoría de tipos de células muestran frecuencias sustancialmente más altos de metilación del gen INS en va…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by National Institutes of Health grant UC4 DK104166 (to RGM). We wish to acknowledge the assistance of the Indiana Diabetes Research Center Translation Core supported by National Institutes of Health grant P30 DK097512.
Materials
| Red Top Vacutainer | Beckon Dickinson | 366441 | no additive, uncoated interior, 10 ml |
| Cryovial Tube | Simport | T310-3A | polypropylene, screw cap tube, any size |
| QIAamp DNA Blood Mini Kit | Qiagen | 51106 | |
| Poly(A) | Sigma | P9403 | disloved in TE buffer (10 mM Tris-Cl pH 8.0 + 1 mM EDTA) to 5 µg/µl |
| Absolute Ethanol (200 Proof) | Fisher Scientific | BP2818-500 | |
| DPBS (with CaCl and MgCl) | Sigma | D8662 | |
| 0.2 mL PCR 8-strip Tubes | MidSci | AVST | |
| 8-strip Caps, Dome | MidSci | AVSTC-N | |
| EZ DNA Methylation-Lightning Kit | Zymo | D5031 | |
| ddPCR Supermix for Probes (No dUTP) | Biorad | 1863024 | |
| Buffer Control for Probes | Biorad | 1863052 | |
| Human Unmethylated/Methylated Primer/Probe mix | Life Technologies | AH21BH1 | |
| EcoR1 | New England Biolabs | R0101L | |
| twin.tec PCR Plate 96, semi-skirted | Eppendorf | 951020346 | |
| Pierceable Foil Heat Seal | Biorad | 1814040 | |
| PX1 PCR Plate Sealer | Biorad | 1814000 | |
| QX200 AutoDG Droplet Digital PCR System | Biorad | 1864101 | |
| Automated Droplet Generation Oil for Probes | Biorad | 186-4110 | |
| DG32 Cartridge for Automated Droplet Generator | Biorad | 186-4108 | |
| Pipet Tips for Automated Droplet Generator | Biorad | 186-4120 | |
| Pipet Tip Bins for Automated Droplet Generator | Biorad | 186-4125 | |
| C1000 Touch Thermal Cycler | Biorad | 1851197 | |
| QX200 Droplet Reader | Biorad | 186-4003 | |
| ddPCR Droplet Reader Oil | Biorad | 186-3004 |
References
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