摘要：来自华侨大学医学院基因组学研究所的Ye Cai, 1Huifen Cao, 2Fang Wang等多名研究人员发表了题为《Complex genomic patterns of abasic sites in mammalian DNA revealed by

DNA 损伤在生物学和疾病中起着至关重要的作用，而无碱基（AP）位点作为一种常见的 DNA 损伤类型，其基因组学特征仍未被充分探索。

来自华侨大学医学院基因组学研究所的Ye Cai, 1Huifen Cao, 2Fang Wang等多名研究人员发表了题为《Complex genomic patterns of abasic sites in mammalian DNA revealed by a high-resolution SSiNGLe-AP method》的研究成果。在该文章中，研究人员使用了Methoxyamine HCl（AbMole，M10541）。本文主要介绍了使用 SSiNGLe - AP 方法对 AP 位点进行研究的实验结果，揭示了 AP 位点在哺乳动物基因组中的复杂分布模式。

一、SSiNGLe - AP 方法的验证结果

低背景和高精度检测：通过在人基因组 DNA 背景中加入含有 AP 位点的细菌 DNA 片段进行验证，发现 SSiNGLe - AP 方法能够以低背景检测 AP 位点。具体表现为，在背景检测实验中，未处理的 DNA 信号与经过 APE1 处理后的 DNA 信号相比，背景信号非常低（1 - 2%），这表明绝大多数信号应来源于 APE1 切割产生的 AP 位点。同时，该方法在检测 AP 位点时具有核苷酸水平的精度，能够准确检测到胸腺嘧啶处的 AP 位点，并且检测精度较高，大多数信号都在 1 个核苷酸范围内。

对真内源性 AP 位点的检测：通过对从人类 HeLa 细胞中提取的 DNA 进行体外处理，以及对 HeLa 和 K562 细胞进行体内处理，发现 SSiNGLe - AP 方法能够准确检测到真内源性 AP 位点。具体表现为，用甲氧基胺（MX）处理 DNA 后，检测到的 AP 位点数量显著减少；用甲基甲磺酸酯（MMS）处理细胞后，检测到的 AP 位点数量显著增加。此外，通过对不同组织类型的小鼠样本进行深度测序和重复实验，发现该方法在检测 AP 位点时具有高度的技术可重复性，并且对单核苷酸 AP 位点（热点）的检测可重复性更高。同时，该方法本身的偏差较小，对 AP 位点分布的影响不大。

图1 SSiNGLe-AP 示意图。

二、AP 位点在哺乳动物基因组中的分布结果

动态景观：应用 SSiNGLe - AP 方法对从不同年龄小鼠的 6 种组织和细胞类型中提取的 DNA 进行分析，发现 AP 位点在哺乳动物基因组中的分布是动态且非随机的。不同组织类型中 AP 位点的分布存在差异，大脑和肝脏中的 APF 明显低于其他组织，而这两个组织中的 ASFs 则高于其他四个组织。

与序列变异的关联：AP 位点与小鼠基因组中检测到的单核苷酸多态性（SNPs）、插入或缺失等序列变异存在显著关联。具体表现为，AP 位点与所有三种类型的变异都有统计学上显著的关联，其中与插入的关联最强，其次是 SNPs，与缺失的关联最弱。在人类细胞系中，AP 位点也在人类序列变异的位点富集，且在 HeLa 细胞系中，AP 位点与 C > G 突变存在显著关联。

热点的存在及性质：通过分析发现，AP 位点存在热点，即某些单核苷酸位置更容易发生 AP 位点。这些热点不能用随机机会来解释，而是代表了基因组中 AP 位点更有可能发生的核苷酸位置。大多数热点是样本特异性的，但样本级热点与功能基因组元件（如外显子和调控区域）的关联更强，并且在基因表达水平增加时，热点在外显子、内含子和 TSS 侧翼区域的富集更强。此外，存在样本共享热点，这些热点在胚胎启动子和组成型胚胎增强子中富集强烈，且与特定基因（如 Sfi1）相关。通过对 K562 和 HeLa 细胞进行 MMS 处理后的 AP 位点热点分析，发现 BER 可能会产生 AP 位点热点，且其在基因组中的分布不是随机的。

核苷酸偏好：AP 位点在嘌呤中显著富集，其中腺嘌呤的富集程度高于鸟嘌呤。在样本共享热点中，对腺嘌呤的偏好更强。此外，组织类型对 AP 位点的核苷酸特征有显著影响，大脑中的 AP 位点在腺嘌呤和鸟嘌呤中的富集较低，而在胸腺嘧啶和胞嘧啶中的富集较高。

年龄相关变化：虽然在所有组织中未发现与年龄一致的相关特征，但发现了一些与年龄相关的显著特征。具体表现为，4 种组织中 APF 与年龄呈负相关，而大脑和肝脏与年龄呈正相关；5 种组织中 AP 热点随年龄减少，其中肝脏和精子中的减少趋势更为明显；每个组织中 AP 位点的发生与基因和调控元件的关联随年龄呈现出特定的模式，要么倾向于随着年龄增加而与这些元件关联，要么完全避免关联；在除肝脏外的所有组织中，AP 位点随年龄更倾向于发生在腺嘌呤以外的碱基上。

线粒体基因组中的分布：在线粒体基因组中，AP 位点在富含嘌呤的 “-” 或 H（重）链上的 D - loop 区域存在多个强热点。即使去除该区域热点的信号后，H 链上的 AP 位点整体偏好仍高于 L 链。这可能与线粒体基因组的复制模式以及 APE1 在单链 DNA 上的活性较低或其他因素有关。

图2 AP 位点与序列变体的关联。

综上所述，SSiNGLe - AP 方法能够有效地检测 AP 位点，揭示其在哺乳动物基因组中的复杂分布模式。这些结果为进一步理解 DNA 损伤与生物学过程的关系提供了重要的线索，同时也为未来的研究提供了方向。例如，需要进一步研究 AP 位点热点的形成机制以及其与基因表达调控的具体关系，还需要深入探讨组织类型和年龄对 AP 位点分布的影响机制等。这些研究将有助于我们更全面地理解 DNA 损伤在生物学和疾病中的作用。

来源：AbMole