我室魏丽萍课题组揭示正常人类组织中合子后单碱基嵌合突变分布模式

我室魏丽萍课题组揭示正常人类组织中合子后单碱基嵌合突变分布模式

     合子后突变指发生在单一个体合子生成后的DNA改变,突变可影响个体的部分细胞或组织。合子后单碱基嵌合突变(pSNM)在肿瘤中被广泛研究,并被认为在肿瘤发生中起着至关重要的作用。理论上,合子后突变是人类所有变异的来源,但表型正常的人类个体的正常器官中的pSNM的分布模式和特性还不明确。2018年5月15日,蛋白质与植物基因研究国家重点实验室魏丽萍教授课题组在PLOS Genetics杂志上在线发表了题为“Distinctive types of postzygotic single-nucleotide mosaicisms in healthy individuals revealed by genome-wide profiling of multiple organs”的研究论文,国际上首次在全基因组水平系统阐述了人类正常组织中合子后单碱基嵌合突变的两种分布模式。

     该研究基于全基因组深度测序和扩增子高深度重测序技术,利用课题组2017年在Nucleic Acids Research上发表的高通量测序嵌合突变检测工具MosaicHunter和2015年在Human Mutation发表的大规模嵌合突变定量方法PASM,从来自五位健康捐献者的27个器官样本中检测并验证了164个不同的pSNM。各组织内检测到pSNM的突变等位基因频率在1.0%至29.7%之间。

正常人类组织中合子后单碱基嵌合突变分布模式

(A)胚胎期pSNM和克隆扩张pSNM具有不同的器官分布(B)胚胎期pSNM显著富集在C>T突变和CpG位点(C)胚胎期pSNM富集于DNA复制早期基因组区域(D)胚胎期pSNM富集在开放染色质区域

     通过比较同一组织内部和不同组织间突变等位基因比例和验证突变数目,课题组发现存在两种不同类型的pSNM:所有突变中约一半突变来源于早期胚胎发育时期,称之为胚胎期pSNM;另一半可能主要来源于胚胎发育完成后组织自我更新时的克隆扩张(clonal expansion),称之为克隆扩张pSNM。这两种不同类型的pSNM在突变谱特征上有较大区别:胚胎期pSNM中C>T突变比例比克隆扩张pSNM更高,且这些突变在CpG位点上突变率更高;对复制时机的研究发现胚胎期pSNM集中在DNA复制早期的基因组区域,克隆扩张pSNM集中在DNA复制晚期的基因组区域;对DNA转录活性的研究发现胚胎期pSNM集中在胚胎期染色质开放区和拓扑关联区域上。研究结果揭示了合子后嵌合突变在人类正常发育过程中的突变来源和空间分布的两种重要分布模式并系统描述了其差异,对理解人类突变的产生和积累有重要意义。

     北京大学生命科学学院、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室魏丽萍教授和2009级博士毕业生、哈佛大学医学院博士后黄岳博士为论文的共同通讯作者。黄岳博士、2013级博士研究生杨晓旭为该论文并列第一作者。北京生命科学研究所王盛、郑夏宁、北京大学生命科学学院伍启熹博士和北京大学前沿交叉学院叶永鑫为文章共同作者。研究得到了蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、北京大学“临床医院合作专项”、北大-清华生命科学联合中心、国家高技术研究发展计划、国家自然科学基金等资金支持。

原文链接:http://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1007395