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医学院团队首次在碱基分辨率绘制人类全基因组单链DNA断裂图谱

发布时间:2019-12-21 浏览次数:

近日,我校医学院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。该研究以华侨大学为第一单位和通讯单位发表在Nature子刊《Nature Communications》(影响因子11.88)上,文章题为“Novel approach reveals genomic landscapes of single-strand DNA breaks with nucleotide resolution in human cells”。

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、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。

在本项研究中,Philipp Kapranov教授团队独创性地开展了一系列关于单链DNA断裂检测的研究,成功研发了一种绘制单链DNA损伤的新方法——SSiNGLe(single-strand break mapping at nucleotide genome level),可应用于多种人类细胞类型。该研究发现DNA断裂不是随机分布的,而单链DNA断裂似乎更倾向于发生在基因变异区域。这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。通过进一步分析显示,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。

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 


1.单链DNA断裂(SSB)检测方法SSiNGLe概述


  

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。研究人员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。


2.单链DNA断裂的多个基因组特征与人类年龄相关


这项研究开启了一个全新的领域,为DNA的生物学过程研究以及衰老、癌症和神经退行性疾病等研究和治疗指明了新方向。

华侨大学基因组学研究所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,福建医科大学附属第二医院吴春林医生、医学院徐冬旸博士、博士研究生高帆硕士研究生蔡烨、韩雪儿、王芳、唐露参与了研究工作。福建医科大学附属第二医院、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、福建省自然科学基金、泉州市自然科学基金等基金资助。

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