研究发现:即使做了防晒工作,由紫外线诱导积累的DNA有害突变也很突出!

2021/01/17 来源:生物探索
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导读
紫外线诱导的碱基取代、插入和缺失即使在防晒皮肤中也很突出

皮肤是我们抵御毒素和紫外线等多种外在伤害的第一道屏障,每天除了会受到来自环境导致的DNA损伤外,也面临着内源性DNA损伤或DNA复制错误的问题,致使人体的体细胞基因组发生单碱基取代,插入和缺失,重排和拷贝数变化等突变,最终导致癌症等疾病的发生。这些引起突变甚至致癌的机制已然众所周知,但由于研究技术的限制,我们仍未能准确测定皮肤中DNA损伤的来源及其对健康无癌组织中基因组稳定性的影响。

近日,来自美国国立卫生研究院的研究人员在《PLOS Genetics》上发表了题为UV-exposure, endogenous DNA damage, and DNA replication errors shape the spectra of genome changes in human skin的研究成果,首次测定了皮肤细胞中发生的不同类型的基因组DNA突变,发现紫外线诱导的碱基取代、插入和缺失即使在防晒皮肤中也很突出


https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009302

为了充分表征皮肤细胞中DNA损伤的来源及诱变结果,研究人员对21位黑人和白人(年龄在25至79岁间)捐赠的髋部皮肤的成纤维细胞和黑素细胞进行了单细胞全基因组测序及全血DNA测序。在将同一供体的成纤维细胞和黑素细胞全基因组序列与血液DNA序列比对之后,在每个克隆谱系中共检测到402至14029个碱基突变,主要表现为C➔T取代(碱基C突变为T),且碱基突变的数量和类型在这两种皮肤细胞克隆中相似。


研究示意图和每个单细胞克隆谱系的碱基取代分析

对样本中这些主要突变的特征与突变数据库比对分析后,研究人员发现之前在癌症中鉴定出的突变在这些样本中表现出了过度表达。研究人员还检测到与紫外线相关的yCn➔yTn、nTt➔nCt及CC➔TT突变。由于髋部皮肤基本处于避光遮阳状态,该发现也表明紫外线诱导的自发胞嘧啶脱氨引起的碱基取代和C➔T变化在遮阳皮肤细胞中也普遍存在。

随后,研究人员对这些样本进行了高深度的全外显子测序和单核苷酸变异(SNV)分析,发现健康皮肤细胞中的突变负荷与癌症细胞的突变负荷相似,从中鉴定出了样本中等位基因频率低于10%的癌症驱动因素的存在,这表明正常的阳光遮蔽的人类皮肤仍携带相当比例的癌症驱动突变


皮肤细胞基因组中的基序特异性突变特征分析

除了单双核苷酸突变,研究人员还检测到7至71个插入缺失和1至14个结构变异。其中插入缺失可分为单碱基插入或缺失和大于五个或更多个核苷酸的缺失,内源性诱导的体细胞突变和单碱基插入缺失会以每年0.4和0.22个突变的速率随供体的年龄线性增加;而在几乎所有样品中均被鉴定出的大于五个或更多个核苷酸的缺失,被发现可能和与紫外线有关的以三核苷酸为中心的yCn至yTn突变特征相关,且不随年龄而增加,这也说明紫外线诱导的DNA双链断裂可能是人类皮肤细胞中五个或五个以上碱基缺失的潜在原因。

由于捐赠者中包括5名非裔或黑人和16名白人,研究人员对两个种族间体细胞基因组变化的积累进行了对比分析,发现无论是皮肤成纤维细胞还是黑素细胞,白人样本中的总碱基突变量均显著高于非裔或黑人捐赠者,且白人样本中由紫外线诱导的突变增加也显著多于黑人。不过,这些皮肤细胞中的突变在男性和女性间并未检测到明显不同。


非裔和白人样本的碱基替换和插入缺失

研究人员表示,由于皮肤色素中黑色素含量较高,黑人可能会受到更好的紫外线防护,黑人的皮肤癌发病率比白人要低得多这一事实也与该猜想一致。

参考资料:

1.https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1009302

2.https://medicalxpress.com/news/2021-01-skin-shielded-sun-accumulates-genomic.html

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