We report the profiling of the 5-methyl cytosine distribution within single genomic-sized DNA molecules at a gene-relevant resolution. This method linearizes and stretches DNA molecules by confinement to channels with a dimension of about . The methylation state is detected using fluorescently labeled methyl-CpG binding domain proteins (MBD), with high signal contrast and low background. DNA barcodes consisting of methylated and non-methylated segments are generated, with both short and long concatemers demonstrating spatially resolved MBD binding. The resolution of the technique is better than 10 kbp, and single-molecule read-lengths exceeding 140 kbp have been achieved.
Topics
Glass,
Nanochannels,
Diffraction optics,
Fluorophores,
Fluorescent dye,
Genetics,
DNA,
Genomics,
Amino acid,
Proteins
REFERENCES
1.
Z.
Siegfried
and H.
Cedar
, Curr. Biol.
7
, R305
(1997
).2.
K. D.
Robertson
and P. A.
Jones
, Carcinogenesis
, 21
, 461
(2000
).3.
A.
Bird
, Genes Dev.
16
, 6
(2002
).4.
A. C.
Ferguson-Smith
and M. A.
Surani
, Science
293
, 1086
(2001
).5.
E.
Li
, C.
Beard
, and R.
Jaenisch
, Nature
366
, 362
(1993
).6.
J. T.
Lee
, Curr. Biol.
13
, R242
(2003
).7.
K. D.
Robertson
, Nat. Rev. Genet.
6
, 597
(2005
).8.
P. A.
Jones
and P. W.
Laird
, Nat. Genet.
21
, 163
(1999
).9.
S. B.
Baylin
and J. G.
Herman
, Trends Genet.
16
, 168
(2000
).10.
B. A.
Ponder
, Nature
411
, 336
(2001
).11.
J.-P.
Issa
, Clin. Immunol.
109
, 103
(2003
).12.
S. B.
Baylin
and J. E.
Ohm
, Nat. Rev. Cancer
6
, 107
(2006
).13.
X.
Nan
, R. R.
Meehan
, and A.
Bird
, Nucleic Acids Res.
21
, 4886
(1993
).14.
S. H.
Cross
, J. A.
Charlton
, X.
Nan
, and A. P.
Bird
, Nat. Genet.
6
, 236
(1994
).15.
X.
Yang
, F.
Lay
, H.
Han
, and P. A.
Jones
, Trends Pharmacol. Sci.
31
, 536
(2010
).16.
P. A.
Jones
, S. B.
Baylin
, and S.
Kimmel
, Nat. Rev. Genet.
3
, 415
(2002
).17.
S. A.
Belinsky
, Nat. Rev. Cancer
4
, 707
(2004
).18.
P.
Wijermans
, M.
Lübbert
, G.
Verhoef
, A.
Bosly
, C.
Ravoet
, M.
Andre
, and A.
Ferrant
, J. Clin. Oncol.
18
, 956
(2000
).19.
20.
Z.
Xiong
and P. W.
Laird
, Nucleic Acids Res.
25
, 2532
(1997
).21.
M. L.
Gonzalgo
and G.
Liang
, Nat. Protoc.
2
, 1931
(2007
).22.
M.
Weber
, J. J.
Davies
, D.
Wittig
, E. J.
Oakeley
, M.
Haase
, W. L.
Lam
, and D.
Schübeler
, Nat. Genet.
37
, 853
(2005
).23.
M.
Bibikova
, Z.
Lin
, L.
Zhou
, E.
Chudin
, E. W.
Garcia
, B.
Wu
, D.
Doucet
, N. J.
Thomas
, Y.
Wang
, E.
Vollmer
, T.
Goldmann
, C.
Seifart
, W.
Jiang
, D. L.
Barker
, M. S.
Chee
, J.
Floros
, and J.-B.
Fan
, Genome Res.
16
, 383
(2006
).24.
P. S.
Yan
, D.
Potter
, D. E.
Deatherage
, S.
Lin
, and T. H.-M.
Huang
, in DNA Methylation: Methods and Protocols, Methods in Molecular Biology
Vol. 507
, 2nd ed., edited by J.
Tost
(Humana
, Totowa, NJ
, 2009
), Chap. 8, pp. 89
–106
.25.
S.
Nautiyal
, V. E. H.
Carlton
, Y.
Lu
, J. S.
Ireland
, D.
Flaucher
, M.
Moorhead
, J. W.
Gray
, P.
Spellman
, M.
Mindrinos
, P.
Berg
, and M.
Faham
, Proc. Natl. Acad. Sci.
107
, 12587
(2010
).26.
Y.
Ando
and Y.
Hayashizaki
, Nat. Protoc.
1
, 2774
(2006
).27.
S. J.
Cokus
, S.
Feng
, X.
Zhang
, Z.
Chen
, B.
Merriman
, C. D.
Haudenschild
, S.
Pradhan
, S. F.
Nelson
, M.
Pellegrini
, and S. E.
Jacobsen
, Nature
452
, 215
(2008
).28.
S.
Weiss
, Science
283
, 1676
(1999
).29.
J.
Clarke
, H.-C.
Wu
, L.
Jayasinghe
, A.
Patel
, S.
Reid
, and H.
Bayley
, Nat. Nanotechnol.
4
, 265
(2009
).30.
B. A.
Flusberg
, D. R.
Webster
, J. H.
Lee
, K. J.
Travers
, E. C.
Olivares
, T. A.
Clark
, J.
Korlach
, and S. W.
Turner
, Nat. Methods
7
, 461
(2010
).31.
E.
Hodges
, A. D.
Smith
, J.
Kendall
, Z.
Xuan
, K.
Ravi
, M.
Rooks
, M. Q.
Zhang
, K.
Ye
, A.
Bhattacharjee
, L.
Brizuela
, W. R.
McCombie
, M.
Wigler
, G. J.
Hannon
, and J. B.
Hicks
, Genome Res.
19
, 1593
(2009
).32.
J. O.
Tegenfeldt
, C.
Prinz
, H.
Cao
, S.
Chou
, W. W.
Reisner
, R.
Riehn
, Y. M.
Wang
, E. C.
Cox
, J. C.
Sturm
, P.
Silberzan
, and R. H.
Austin
, Proc. Natl. Acad. Sci. USA
101
, 10979
(2004
).33.
H. H. Q.
Heng
, J.
Squire
, and L. C.
Tsui
, Proc. Natl. Acad. Sci. USA
89
, 9509
(1992
).34.
A.
Bensimon
, A.
Simon
, A.
Chiffaudel
, V.
Croquette
, F.
Heslot
, and D.
Bensimon
, Science
265
, 2096
(1994
).35.
Y. M.
Wang
, J. O.
Tegenfeldt
, W.
Reisner
, R.
Riehn
, X. J.
Guan
, L.
Guo
, I.
Golding
, E. C.
Cox
, J.
Sturm
, and R. H.
Austin
, Proc. Natl. Acad. Sci. USA
102
, 9796
(2005
).36.
R.
Riehn
, M. C.
Lu
, Y. M.
Wang
, S. F.
Lim
, E. C.
Cox
, and R. H.
Austin
, Proc. Natl. Acad. Sci. USA
102
, 10012
(2005
).37.
W.
Reisner
, N.
Larsen
, A.
Silahtaroglu
, A.
Kristensen
, N.
Tommerup
, J.
Tegenfeldt
, and H.
Flyvbjerg
, Proc. Natl. Acad. Sci. USA
107
, 13294
(2010
).38.
C. H.
Reccius
, S. M.
Stavis
, J. T.
Mannion
, L. P.
Walker
, and H. G.
Craighead
, Biophys. J.
95
, 273
(2008
).39.
C.
Schurra
and A.
Bensimon
, Methods Mol. Biol.
464
, 71
(2009
).40.
D. C.
Schwartz
, X.
Li
, L. I.
Hernandez
, S. P.
Ramnarain
, E. J.
Huff
, and Y. K.
Wang
, Science
262
, 110
(1993
).41.
A.
Valouev
, D. C.
Schwartz
, S.
Zhou
, and M. S.
Waterman
, Proc. Natl. Acad. Sci. USA
103
, 15770
(2006
).42.
X.
Michalet
, R.
Ekong
, F.
Fougerousse
, S.
Rousseaux
, C.
Schurra
, N.
Hornigold
, M.
van Slegtenhorst
, J.
Wolfe
, S.
Povey
, J. S.
Beckmann
, A.
Bensimon
, Science
277
, 1518
(1997
).43.
E. T.
Dimalanta
, A.
Lim
, R.
Runnheim
, C.
Lamers
, D. K.
Churas
, A.
Forrest
, J. J.
de Pablo
, M. D.
Graham
, S. N.
Coppersmith
, S.
Goldstein
, D. C.
Schwartz
, Anal. Chem.
76
, 52935301
(2004
).44.
B. R.
Cipriany
, R.
Zhao
, P. J.
Murphy
, S. L.
Levy
, C. P.
Tan
, H. G.
Craighead
, and P. D.
Soloway
, Anal. Chem.
82
, 2480
(2010
).45.
R.
Riehn
, W.
Reisner
, J. O.
Tegenfeldt
, Y. M.
Wang
, C.-K.
Tung
, S. F.
Lim
, E. C.
Cox
, J.
Sturm
, and R. H.
Austin
, Integrated Biochips for DNA Analysis
, 1st ed., edited by R. H.
Liu
and A. P.
Lee
(Landes Bioscience
, Austin, Texas
, 2007
), Chap. 12, pp. 151
–186
.© 2011 American Institute of Physics.
2011
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
