AbMole哺乳動物 DNA 中無堿基位點的復雜基因組模式研究

AbMole|哺乳動物DNA中無堿基位點的復雜基因組模式研究DNA損傷在生物學和疾病中起著至關(guān)重要的作用，而無堿基（AP）位點作為一種常見的DNA損傷類型，其基因組學特征仍未被充分探索。來自華僑大學醫(yī)學院基因組學研究所的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，研究人員使用了購自AbMole的MethoxyamineHCl（目錄號M10541）。本文主要介紹了使用SSiNGLe-AP方法對AP位點進行研究的實驗結(jié)果，揭示了AP位點在哺乳動物基因組中的復雜分布模式。一、SSiNGLe-AP方法的驗證結(jié)果低背景和高精度檢測：通過在人基因組DNA背景中加入含有AP位點的細菌DNA片段進行驗證，發(fā)現(xiàn)SSiNGLe-AP方法能夠以低背景檢測AP位點。具體表現(xiàn)為，在背景檢測實驗中，未處理的DNA信號與經(jīng)過APE1處理后的DNA信號相比，背景信號非常低（1-2%），這表明絕大多數(shù)信號應(yīng)來源于APE1切割產(chǎn)生的AP位點。同時，該方法在檢測AP位點時具有核苷酸水平的精度，能夠準確檢測到胸腺嘧啶處的AP位點，并且檢測精度較高，大多數(shù)信號都在1個核苷酸范圍內(nèi)。對真內(nèi)源性AP位點的檢測：通過對從人類HeLa細胞中提取的DNA進行體外處理，以及對HeLa和K562細胞進行體內(nèi)處理，發(fā)現(xiàn)SSiNGLe-AP方法能夠準確檢測到真內(nèi)源性AP位點。具體表現(xiàn)為，用甲氧基胺（MX）處理DNA后，檢測到的AP位點數(shù)量顯著減少；用甲基甲磺酸酯（MMS）處理細胞后，檢測到的AP位點數(shù)量顯著增加。此外，通過對不同組織類型的小鼠樣本進行深度測序和重復實驗，發(fā)現(xiàn)該方法在檢測AP位點時具有高度的技術(shù)可重復性，并且對單核苷酸AP位點（熱點）的檢測可重復性更高。同時，該方法本身的偏差較小，對AP位點分布的影響不大。圖1SSiNGLe-AP示意圖。二、AP位點在哺乳動物基因組中的分布結(jié)果動態(tài)景觀：應(yīng)用SSiNGLe-AP方法對從不同年齡小鼠的6種組織和細胞類型中提取的DNA進行分析，發(fā)現(xiàn)AP位點在哺乳動物基因組中的分布是動態(tài)且非隨機的。不同組織類型中AP位點的分布存在差異，大腦和肝臟中的APF明顯低于其他組織，而這兩個組織中的ASFs則高于其他四個組織。與序列變異的關(guān)聯(lián)：AP位點與小鼠基因組中檢測到的單核苷酸多態(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位點與所有三種類型的變異都有統(tǒng)計學上顯著的關(guān)聯(lián)，其中與插入的關(guān)聯(lián)最強，其次是SNPs，與缺失的關(guān)聯(lián)最弱。在人類細胞系中，AP位點也在人類序列變異的位點富集，且在HeLa細胞系中，AP位點與C>G突變存在顯著關(guān)聯(lián)。熱點的存在及性質(zhì)：通過分析發(fā)現(xiàn)，AP位點存在熱點，即某些單核苷酸位置更容易發(fā)生AP位點。這些熱點不能用隨機機會來解釋，而是代表了基因組中AP位點更有可能發(fā)生的核苷酸位置。大多數(shù)熱點是樣本特異性的，但樣本級熱點與功能基因組元件（如外顯子和調(diào)控區(qū)域）的關(guān)聯(lián)更強，并且在基因表達水平增加時，熱點在外顯子、內(nèi)含子和TSS側(cè)翼區(qū)域的富集更強。此外，存在樣本共享熱點，這些熱點在胚胎啟動子和組成型胚胎增強子中富集強烈，且與特定基因（如Sfi1）相關(guān)。通過對K562和HeLa細胞進行MMS處理后的AP位點熱點分析，發(fā)現(xiàn)BER可能會產(chǎn)生AP位點熱點，且其在基因組中的分布不是隨機的。核苷酸偏好：AP位點在嘌呤中顯著富集，其中腺嘌呤的富集程度高于鳥嘌呤。在樣本共享熱點中，對腺嘌呤的偏好更強。此外，組織類型對AP位點的核苷酸特征有顯著影響，大腦中的AP位點在腺嘌呤和鳥嘌呤中的富集較低，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熱點隨年齡減少，其中肝臟和精子中的減少趨勢更為明顯；每個組織中AP位點的發(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位點在富含嘌呤的“-”或H（重）鏈上的D-loop區(qū)域存在多個強熱點。即使去除該區(qū)域熱點的信號后，H鏈上的AP位點整體偏好仍高于L鏈。這可能與線粒體基因組的復制模式以及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AP位點，揭示其在哺乳動物基因組中的復雜分布模式。這些結(jié)果為進一步理解DNA損傷與生物學過程的關(guān)系提供了重要的線索，同時