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Cell:挑战常规!真核生物基因组周期性竟由突变导致

来源:本站原创 2018-11-11 14:22

2018年11月11日/生物谷BIOON/---自从21世纪初人类、小鼠和果蝇等生物的基因组序列为人所知以来,一些科学家们就已注意到由腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)组成的碱基对在基因组中的比例具有明显的周期性。事实上,在基因组中,每隔10个碱基对观察到A/T碱基对存在的几率就会增加。这种周期性与DNA缠绕核小体的方式有关。科学家们给出的解释是自然选择有利于A/T碱基的出现,这些因为这两种碱基为DNA结构提供更大的灵活性,从而允许DNA缠绕在组蛋白上形成核小体。

肿瘤突变是关键

在一项新的研究中,来自西班牙巴塞罗那生物医学研究所(IRB Barcelona)的研究人员通过研究突变在3000多种人类肿瘤样品中的分布,观察到这些突变也每隔10个DNA碱基对积累一次。相关研究结果发表在2018年11月1日的Cell期刊上,论文标题为“Somatic and Germline Mutation Periodicity Follow the Orientation of the DNA Minor Groove around Nucleosomes”。
图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.10.004。

论文第一作者、巴塞罗那生物医学研究所博士生Oriol Pich解释道,“通过研究突变在不受自然选择影响的基因组区域中的分布,我们发现在形成核小体的一部分的DNA中存在着显著的每隔10个碱基对的周期性。”

突变周期性的产生是因为包装在核小体内部的DNA的结构有利于易于损伤和修复的区域的出现。因此,这些区域更容易发生突变。

接下来,这些研究人员将注意力转向人类和植物中的从一代传递到另一代的突变。他们发现这些遗传性突变也每隔10个碱基对积累一次。

鉴于这个关于核小体如何影响DNA突变的新发现,这些研究人员推断它还可能解释真核基因组序列中这种神秘的周期性的产生。

在数百万年的进化过程中发生的突变

这些研究人员作出假设:由于我们获得的大多数突变都存在于转化为胸腺嘧啶(T)的胞嘧啶(C)中,因此大多数最易于发生突变的区域在数百万年的时间内已变成A/T碱基对。

为了验证这一观点,这些研究人员进行了基因组进化的数学模拟,并证实人类和其他真核生物的基因组序列的周期性可能起源于周期性的突变率。

Oriol Pich和NúriaLópez-Bigas强调了这种研究的重要性,他们说,“我们很高兴为科学界提供这种关于周期性的另一种解释。这是来自好奇心驱动的研究的基础知识,让我们更好地理解大自然。”

然而,这项研究的结果不仅是对人类基因组当前理解的突破,而且还解释了肿瘤如何获得突变。这些知识在鉴定与肿瘤产生相关的突变中起着非常重要的作用。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Oriol Pich, Ferran Muiños, Radhakrishnan Sabarinathan et al. Somatic and Germline Mutation Periodicity Follow the Orientation of the DNA Minor Groove around Nucleosomes. Cell, 01 November 2018, 175(4):1074-1087, doi:10.1016/j.cell.2018.10.004.

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