Single-Molecule Real-Time Sequencingを用いて明らかにした臨床MDR、XDR、XXDR分離株のDNAメチロムの違い

Differential DNA Methylomes of clinical MDR, XDR and XXDR isolates revealed by Using Single-Molecule Real-Time Sequencing.

• Zhen Gong
• Guirong Wang
• Jie Zeng
• Andrea Stojkoska
• Hairong Huang
• Jianping Xie

抄録

複製後のDNAメチル化は、真核生物および原核生物の多様な生物学的プロセスに不可欠である。 結核の原因菌である結核菌は、世界的に最も手ごわい脅威の一つであり続けています。そのためには、DNAのメチル化が重要であることが明らかになっているが、臨床的には薬剤耐性のある結核菌についてはほとんど情報が得られていない。単一分子リアルタイム（SMRT）シークエンシングを用いて、多剤耐性（MDR）株、広範な薬剤耐性（XDR）株、および極めて薬剤耐性（XXDR）株の3つの臨床分離株のコアメチロムをプロファイリングした。その結果，MDR-MTB株では3812，6808，XXDR-MTB株では6041のDNAメチル化部位が確認された。メチル化モチーフには、N-メチルアデニン（m6A）とN-メチルシトシン（m4C）の2種類がある。XDR-MTBとXXDR-MTBでは、新規に広範囲に存在する6mAメチル化モチーフ5´-CACGCAG-3´が発見された。メチル化遺伝子は複数の細胞プロセスに関与しており、特にグルコース代謝、脂肪酸、TCAサイクルに関与する代謝酵素が関与している。多くのメチル化遺伝子は、マイコバクテリアの病原性、抗生物質耐性および耐性に関与している。これにより、薬剤耐性臨床分離株におけるメチル化遺伝子の包括的なリストと、さらなる機能解明の基礎が得られた。

Post-replicative DNA methylation is essential for diverse biological processes in both eukaryotes and prokaryotes. (), The causative agent of tuberculosis, remains one of the most formidable threats worldwide. Although DNA methylation of has been documented, little information is available for clinical drug-resistant . Single-Molecule Real-Time (SMRT) sequencing was used to profile the core methylome of three clinical isolates, namely multidrug-resistant (MDR), extensively drug-resistant (XDR) and extremely drug-resistant (XXDR) strains. 3812, 6808 and 6041 DNA methylated sites were identified in MDR-MTB, XDR-MTB and XXDR-MTB genome, respectively. There are two types of methylated motifs, namely N-methyladenine (m6A) and N-methylcytosine (m4C). A novel widespread 6mA methylation motif 5´-CACGCAG-3´ was found in XDR-MTB and XXDR-MTB. The methylated genes are involved in multiple cellular processes, especially metabolic enzymes engaged in glucose metabolism, fatty acid and TCA cycle. Many methylated genes are involved in mycobacterial virulence, antibiotic resistance and tolerance. This provided a comprehensive list of methylated genes in drug-resistant clinical isolates and the basis for further functional elucidation.