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Nature:揭示癌症基因组启动子突变数量显著增加机制

来源:生物谷 2016-04-14 21:30

图片来自Jackie Mostek。
 
2016年4月15日/生物谷BIOON/--在一项新的研究中,来自澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)的研究人员发现DNA修复在我们的基因组的重要区域受到损伤,从而对人体修复DNA损伤的能力提供新的认识。

修复诸如紫外线辐射和香烟烟雾之类的能够导致突变的环境因素对DNA造成的损伤是阻止我们的细胞发生癌变的一种基本过程。

在这项研究中,研究人员分析了来自14种癌症类型的1161种肿瘤样品的2千万多个DNA突变。他们发现在许多癌症类型中,尤其是皮肤癌,发生在被称作“基因启动子”的基因组区域中的DNA突变数量特别高。重要的是,这些DNA序列控制着基因如何表达,而这又会决定细胞的类型和功能。相关研究结果于2016年4月13日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Differential DNA repair underlies mutation hotspots at active promoters in cancer genomes”。

研究人员发现DNA突变数量在基因启动子中增加的原因在于结合到DNA上控制基因表达的蛋白阻断我们的细胞中的负责修复DNA损伤的多种修复系统中的一种。这种系统被称作核苷酸切除修复(nucleotide excision repair, NER),是人细胞中多种DNA修复机制的一种,也是唯一的一种能够修复紫外线造成的DNA损伤的机制。

论文通信作者、UNSW洛伊癌症研究中心(Lowy Cancer Research Centre)生物信息学与整合基因组学研究小组领导者Jason Wong博士说,这些结果提供了令人信服的证据表明在基因启动子位点上的DNA突变增加是由于NER系统受到破坏而造成的。

Wong博士说,“这项研究还告诉我们,尽管人体具有良好的自我修复能力,但是当我们持续遭受诸如紫外线和香烟烟雾之类的诱变剂导致的DNA损伤时,我们的基因组中的某些区域并不能够得到很好的修复。”

“通过主动地避免接触这些有害的环境因素,我们能够让在我们的身体中能够导致癌症的DNA突变发生数量最小化。”

在国际上,科学家们在此之前仅仅在端粒酶逆转录酶(telomerase reverse transcriptase, TERT)基因上鉴定出一种确切性地导致癌症的启动子突变。

Wong博士说,“我们的研究强调了还需要进一步研究基因启动子突变在癌症发展中的作用。”

 “这可能最终帮助医生确定为什么某些癌症产生[基因启动子突变],从而能够让他们更早地诊断癌症和为病人选择更有针对性的治疗方法。”

论文共同作者、血液专家、UNSW副教授John Pimanda说,“这些发现非常令人印象深刻,这是因为它们揭示出仅仅通过提出恰当的问题,就可使用现有的和公开获得的‘大数据’[获得发现]。”

“我们并不需要花费时间和金钱招募病人、研究他们的癌症并对他们的癌症基因组进行测序。对研究人员而言,所有这些数据可在公共数据共享平台上获得。”

Pimanda 说,“这项研究强调了对生物信息学与基因组学研究进行投资能够获得回报。”(生物谷 Bioon.com)

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Differential DNA repair underlies mutation hotspots at active promoters in cancer genomes

doi:10.1038/nature17437

Dilmi Perera, Rebecca C. Poulos, Anushi Shah, Dominik Beck, John E. Pimanda & Jason W. H. Wong

Promoters are DNA sequences that have an essential role in controlling gene expression. While recent whole cancer genome analyses have identified numerous hotspots of somatic point mutations within promoters, many have not yet been shown to perturb gene expression or drive cancer development1, 2, 3, 4. As such, positive selection alone may not adequately explain the frequency of promoter point mutations in cancer genomes. Here we show that increased mutation density at gene promoters can be linked to promoter activity and differential nucleotide excision repair (NER). By analysing 1,161 human cancer genomes across 14 cancer types, we find evidence for increased local density of somatic point mutations within the centres of DNase I-hypersensitive sites (DHSs) in gene promoters. Mutated DHSs were strongly associated with transcription initiation activity, in which active promoters but not enhancers of equal DNase I hypersensitivity were most mutated relative to their flanking regions. Notably, analysis of genome-wide maps of NER5 shows that NER is impaired within the DHS centre of active gene promoters, while XPC-deficient skin cancers do not show increased promoter mutation density, pinpointing differential NER as the underlying cause of these mutation hotspots. Consistent with this finding, we observe that melanomas with an ultraviolet-induced DNA damage mutation signature show greatest enrichment of promoter mutations, whereas cancers that are not highly dependent on NER, such as colon cancer, show no sign of such enrichment. Taken together, our analysis has uncovered the presence of a previously unknown mechanism linking transcription initiation and NER as a major contributor of somatic point mutation hotspots at active gene promoters in cancer genomes.

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