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Nature子刊 | 华侨大学基因组所首次在碱基分辨率绘制人类全基因组单链DNA断裂图谱

来源:Nature Communications

绝大多数生物的DNA都是由两个长链分子相互缠绕而成,每条链都存储了大量的遗传信息以确保机体正常运作,因此,DNA链的完整性至关重要。在自然复制、翻译或紫外线、毒素等因素作用下,DNA会不断遭受损伤而断裂。这种损伤与人类衰老、癌症和神经退行性疾病等密切相关。DNA断裂可发生在双链或单链上,其中单链断裂是最常见的DNA损伤类型之一。但目前还没有一种技术能够全面精确地一次识别出所有的单链断裂。

2019年12月20日,华侨大学医学院基因组学研究所Philipp Kapranov教授团队发布了首个从核苷酸层面揭示人类细胞中单链DNA断裂基因组图谱的新方法SSiNGLe(single-strand breakmapping at nucleotide genome level),可应用于多种人类细胞类型。该研究发表在Nature Communications上,文章题为“Novel approach reveals genomic landscapes of single-strand DNA breaks with nucleotide resolution in human cells”。

图1. 单链DNA断裂(SSB)检测方法SSiNGLe概述。来源:Nature Communications

研究团队独创性地开展了一系列关于单链DNA断裂检测的研究。值得注意的是,该研究发现DNA断裂不是随机分布的,单链DNA断裂似乎更倾向于发生在基因变异区域,表明这些断裂的错误修复可能导致突变,从而诱发疾病。如果它们发生在生殖细胞中,甚至可能影响进化过程。该发现具有深远意义——如果DNA断裂倾向于发生在DNA某些区域,并且在压力下不断增加,这意味着压力在一定程度上也决定了DNA变异的发生位置。这一发现可能与抗癌疗法密切相关。

图2. 单链DNA断裂的多个基因组特征与人类年龄相关。来源:Nature Communications

通过进一步研究分析,结果显示,一些抗癌疗法可以显著地改变DNA的断裂模式,并同时导致患者癌细胞和健康细胞的基因突变。此外,研究还发现DNA的断裂位置会随着年龄的增长而变化,在基因和控制这些基因的区域中可发现更多的DNA断裂。文章共同第一作者曹慧芬博士认为:“随着年龄的增长,DNA的某些部分会更频繁地发生断裂或修复错误,这很可能是导致衰老的原因之一。因此,断裂位置信息或有可能作为有效预测人类实际年龄的新信息。”

Kapranov教授表示: “现在定义DNA不同区域中特定单链断裂的意义还为时过早。也许某些区域更容易发生断裂,或者某些区域需要断裂才能读取信息。但毫无疑问的是,这项研究开启了一个全新的领域,为我们过去未曾留意的某些DNA生物学过程研究指明了新方向,也为衰老、癌症和神经退行性疾病等研究和治疗提供了新思路。”

华侨大学医学院基因组学研究所Philipp Kapranov教授为通讯作者,曹慧芬博士为第一作者,Lorena Salazar García博士为共同第一作者。医学院徐冬旸博士、博士生高帆、硕士生蔡烨、韩雪儿、王芳和唐露等参与了研究工作。泉州第二医院、美国迈阿密大学米勒医学院和英国斯特林大学为合作研究单位。该研究受到国家自然科学基金、福建省自然基金、泉州市科学基金等基金资助。

论文原文地址:

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13602-7

参考资料:

Novel approach reveals genomic landscapes of single-strand DNA breaks with nucleotide resolution in human cells

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本文由 测序中国 作者:白云 发表,转载请注明来源!

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