AbMole哺乳動(dòng)物 DNA 中無(wú)堿基位點(diǎn)的復(fù)雜基因組模式研究

AbMole|哺乳動(dòng)物DNA中無(wú)堿基位點(diǎn)的復(fù)雜基因組模式研究DNA損傷在生物學(xué)和疾病中起著至關(guān)重要的作用，而無(wú)堿基（AP）位點(diǎn)作為一種常見(jiàn)的DNA損傷類型，其基因組學(xué)特征仍未被充分探索。來(lái)自華僑大學(xué)醫(yī)學(xué)院基因組學(xué)研究所的YeCai,1HuifenCao,2FangWang等多名研究人員發(fā)表了題為《ComplexgenomicpatternsofabasicsitesinmammalianDNArevealedbyahigh-resolutionSSiNGLe-APmethod》的研究成果。在該文章中，研究人員使用了購(gòu)自AbMole的MethoxyamineHCl（目錄號(hào)M10541）。本文主要介紹了使用SSiNGLe-AP方法對(duì)AP位點(diǎn)進(jìn)行研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，揭示了AP位點(diǎn)在哺乳動(dòng)物基因組中的復(fù)雜分布模式。一、SSiNGLe-AP方法的驗(yàn)證結(jié)果低背景和高精度檢測(cè)：通過(guò)在人基因組DNA背景中加入含有AP位點(diǎn)的細(xì)菌DNA片段進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)SSiNGLe-AP方法能夠以低背景檢測(cè)AP位點(diǎn)。具體表現(xiàn)為，在背景檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，未處理的DNA信號(hào)與經(jīng)過(guò)APE1處理后的DNA信號(hào)相比，背景信號(hào)非常低（1-2%），這表明絕大多數(shù)信號(hào)應(yīng)來(lái)源于APE1切割產(chǎn)生的AP位點(diǎn)。同時(shí)，該方法在檢測(cè)AP位點(diǎn)時(shí)具有核苷酸水平的精度，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到胸腺嘧啶處的AP位點(diǎn)，并且檢測(cè)精度較高，大多數(shù)信號(hào)都在1個(gè)核苷酸范圍內(nèi)。對(duì)真內(nèi)源性AP位點(diǎn)的檢測(cè)：通過(guò)對(duì)從人類HeLa細(xì)胞中提取的DNA進(jìn)行體外處理，以及對(duì)HeLa和K562細(xì)胞進(jìn)行體內(nèi)處理，發(fā)現(xiàn)SSiNGLe-AP方法能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到真內(nèi)源性AP位點(diǎn)。具體表現(xiàn)為，用甲氧基胺（MX）處理DNA后，檢測(cè)到的AP位點(diǎn)數(shù)量顯著減少；用甲基甲磺酸酯（MMS）處理細(xì)胞后，檢測(cè)到的AP位點(diǎn)數(shù)量顯著增加。此外，通過(guò)對(duì)不同組織類型的小鼠樣本進(jìn)行深度測(cè)序和重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該方法在檢測(cè)AP位點(diǎn)時(shí)具有高度的技術(shù)可重復(fù)性，并且對(duì)單核苷酸AP位點(diǎn)（熱點(diǎn)）的檢測(cè)可重復(fù)性更高。同時(shí)，該方法本身的偏差較小，對(duì)AP位點(diǎn)分布的影響不大。圖1SSiNGLe-AP示意圖。二、AP位點(diǎn)在哺乳動(dòng)物基因組中的分布結(jié)果動(dòng)態(tài)景觀：應(yīng)用SSiNGLe-AP方法對(duì)從不同年齡小鼠的6種組織和細(xì)胞類型中提取的DNA進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)AP位點(diǎn)在哺乳動(dòng)物基因組中的分布是動(dòng)態(tài)且非隨機(jī)的。不同組織類型中AP位點(diǎn)的分布存在差異，大腦和肝臟中的APF明顯低于其他組織，而這兩個(gè)組織中的ASFs則高于其他四個(gè)組織。與序列變異的關(guān)聯(lián)：AP位點(diǎn)與小鼠基因組中檢測(cè)到的單核苷酸多態(tài)性（SNPs）、插入或缺失等序列變異存在顯著關(guān)聯(lián)。具體表現(xiàn)為，AP位點(diǎn)與所有三種類型的變異都有統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著的關(guān)聯(lián)，其中與插入的關(guān)聯(lián)最強(qiáng)，其次是SNPs，與缺失的關(guān)聯(lián)最弱。在人類細(xì)胞系中，AP位點(diǎn)也在人類序列變異的位點(diǎn)富集，且在HeLa細(xì)胞系中，AP位點(diǎn)與C>G突變存在顯著關(guān)聯(lián)。熱點(diǎn)的存在及性質(zhì)：通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，AP位點(diǎn)存在熱點(diǎn)，即某些單核苷酸位置更容易發(fā)生AP位點(diǎn)。這些熱點(diǎn)不能用隨機(jī)機(jī)會(huì)來(lái)解釋，而是代表了基因組中AP位點(diǎn)更有可能發(fā)生的核苷酸位置。大多數(shù)熱點(diǎn)是樣本特異性的，但樣本級(jí)熱點(diǎn)與功能基因組元件（如外顯子和調(diào)控區(qū)域）的關(guān)聯(lián)更強(qiáng)，并且在基因表達(dá)水平增加時(shí)，熱點(diǎn)在外顯子、內(nèi)含子和TSS側(cè)翼區(qū)域的富集更強(qiáng)。此外，存在樣本共享熱點(diǎn)，這些熱點(diǎn)在胚胎啟動(dòng)子和組成型胚胎增強(qiáng)子中富集強(qiáng)烈，且與特定基因（如Sfi1）相關(guān)。通過(guò)對(duì)K562和HeLa細(xì)胞進(jìn)行MMS處理后的AP位點(diǎn)熱點(diǎn)分析，發(fā)現(xiàn)BER可能會(huì)產(chǎn)生AP位點(diǎn)熱點(diǎn)，且其在基因組中的分布不是隨機(jī)的。核苷酸偏好：AP位點(diǎn)在嘌呤中顯著富集，其中腺嘌呤的富集程度高于鳥(niǎo)嘌呤。在樣本共享熱點(diǎn)中，對(duì)腺嘌呤的偏好更強(qiáng)。此外，組織類型對(duì)AP位點(diǎn)的核苷酸特征有顯著影響，大腦中的AP位點(diǎn)在腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤中的富集較低，而在胸腺嘧啶和胞嘧啶中的富集較高。年齡相關(guān)變化：雖然在所有組織中未發(fā)現(xiàn)與年齡一致的相關(guān)特征，但發(fā)現(xiàn)了一些與年齡相關(guān)的顯著特征。具體表現(xiàn)為，4種組織中APF與年齡呈負(fù)相關(guān)，而大腦和肝臟與年齡呈正相關(guān)；5種組織中AP熱點(diǎn)隨年齡減少，其中肝臟和精子中的減少趨勢(shì)更為明顯；每個(gè)組織中AP位點(diǎn)的發(fā)生與基因和調(diào)控元件的關(guān)聯(lián)隨年齡呈現(xiàn)出特定的模式，要么傾向于隨著年齡增加而與這些元件關(guān)聯(lián)，要么完全避免關(guān)聯(lián)；在除肝臟外的所有組織中，AP位點(diǎn)隨年齡更傾向于發(fā)生在腺嘌呤以外的堿基上。線粒體基因組中的分布：在線粒體基因組中，AP位點(diǎn)在富含嘌呤的“-”或H（重）鏈上的D-loop區(qū)域存在多個(gè)強(qiáng)熱點(diǎn)。即使去除該區(qū)域熱點(diǎn)的信號(hào)后，H鏈上的AP位點(diǎn)整體偏好仍高于L鏈。這可能與線粒體基因組的復(fù)制模式以及APE1在單鏈DNA上的活性較低或其他因素有關(guān)。圖2AP位點(diǎn)與序列變體的關(guān)聯(lián)。綜上所述，SSiNGLe-AP方法能夠有效地檢測(cè)AP位點(diǎn)，揭示其在哺乳動(dòng)物基因組中的復(fù)雜分布模式。這些結(jié)果為進(jìn)一步理解DNA損傷與生物學(xué)過(guò)程的關(guān)系提供了重要的線索，同時(shí)