DNA的哪些部分特别容易受伤？新方法绘制“损伤组”

　　

贝勒医学院领导的研究团队近日采用了一种新的单细胞扩增和测序策略来鉴定细胞的损伤组（damagenome）。他们确定了人类脑细胞的基因组中似乎容易出现DNA自发性损伤的部分。

这项研究结果于7月2日发表在《Science Advances》杂志上，突出了可能导致疾病的“高损伤”基因。

文章的通讯作者、贝勒医学院的分子和人类遗传学研究人员Chenghang Zong表示： “这些高损伤基因基本上对应于我们基因组中的致命弱点，因为 DNA 损伤不仅会导致体细胞突变，而且频繁的损伤还会引起表观遗传变化，导致基因表达改变和变异。”

Zong博士及其同事提出了一种名为“基于线性复制和拆分的全基因组扩增（LCS-WGA）”的方法。在对带有自发性损伤的DNA进行全基因组扩增时，往往会发生碱基错误掺入事件，而这种方法就恰恰利用了这一点。

他们首先使用没有proofreading功能的 DNA 聚合酶进行线性复制的预扩增步骤，然后进行拆分扩增，独立地对每个样本进行 3 次扩增和测序。这种方法似乎消除了大部分并非来源于DNA损伤的假阳性扩增错误。

“我们相信，我们已经过滤掉了几乎所有的扩增错误，”Zong博士说。“我们知道大量的变异肯定有不同的来源，后来证实它们与DNA的自发性损伤有关。”

作者指出，这种方法侧重于发现那些能够提高错误掺入率的 DNA 损伤类型，比如涉及到氧化胞嘧啶或 8-氧鸟嘌呤的 DNA 损伤，但可能不会发现那些不增加错误掺入的变化。

研究人员最初在正常的乳腺细胞系或暴露于过氧化氢的乳腺细胞系中验证了这种方法。之后，他们收集了来自年轻人、中年人或老年人的尸检前额叶皮质或海马体的神经元，并采用LCS-WGA 方法来寻找与损伤有关的单核苷酸变异，也就是“damSNV”。

通过这些实验，他们发现，与年轻或年长的个体相比，中年个体的皮质和海马神经元中的 DNA 损伤可能略高，不过damSNV差异在所考虑的个体中没有统计学意义。

结果还表明，DNA的自发性损伤不会在整个基因组中均匀出现。相反，与某些基因或功能作用相关的基因组部分似乎有独特的DNA损伤图谱，其重点是与三维基因组特征相关的损伤组。

研究人员还描述了所谓的“高损伤”基因，这些基因似乎特别容易受损。其中一组基因与之前通过单细胞RNA测序研究证明在阿尔茨海默病或自闭症谱系障碍患者大脑中发生表达改变的基因重叠。

LCS-WGA实验表明，阿尔茨海默病相关样本中的单个神经元中的DNA损伤明显更高，这表明损伤组也许能够提供线索，帮助人们了解不同细胞类型中的疾病相关基因和功能通路。

“总的来说，我们的结果为了解人类基因组中的脆弱基因和脆弱功能通路及其在复杂人类疾病中的潜在作用提供了新的线索，”Zong博士说。