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肿瘤和“自然选择”有什么关系?《Cell》揭示基因组周期性的起源!

  日期:2018-11-06  来源:生物通


巴塞罗那生物医学研究所(IRB Barcelona)的科学家发现,从酵母到人类,所有真核生物的基因组序列都具有周期性。这项发表在《细胞》杂志上的研究结果为基于自然选择的相关研究提供了另辟蹊径的新解释。 


研究人员证明,真核生物基因组序列周期性的生成对DNA损伤和修复过程具有重要意义。在细胞核内,当DNA被打包时,DNA结构的方向性影响修复过程,换句话说,真核基因组偏好具有周期性属性的某一特定构型。


“这使我们更好地理解为什么我们的基因组和其他物种的基因组发展成了今天的样子,”IRB 生物医学基因组学实验室负责人Núria López-Bigas说。


“神秘”的周期性


自从21世纪初,人类基因组序列和其他生物基因组被测序以来,一些研究人员已经注意到由腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)组成的碱基对的比例具有明显周期性。事实上,每隔10个碱基,遇到A/T对的概率就会增加。


这种周期性与DNA缠绕核小体的方式有关。给出的解释是,自然选择有利于A/T碱基对的出现,因为这些碱基可以为DNA结构提供更大的灵活性,从而允许它们缠绕组蛋白形成核小体。


肿瘤突变是关键


通过研究3000多例人类肿瘤样本的突变分布,研究小组观察到,每10个碱基对突变也积累一次。“选取携带突变的基因组,我们排除了其他选择因素,换句话说,每10个构成核小体的DNA具有显著周期性,”文章一作Oriol Pich解释道。


突变基因组也存在周期性是由于这些区域更容易损坏,然后被维修,这些区域本身就更容易发生突变。


接下来,研究人员将注意力转向人类和植物的代代相传突变,这些遗传突变也是每10个碱基逐渐增加。


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这是一个新的概念:核小体影响DNA突变,因此,真核基因组序列存在“神秘周期性”进化倾向。


几百万年形成的进化突变


科学家大胆假设,目前我们获得的大多数突变都是C转化为T,几百万年来,那些最容易发生突变的区域早就变成了A/T碱基对。


为了验证这一概念,研究人员对基因组的进化进行了数字模拟,并证明人类基因组序列和其他真核生物序列的周期性可能由周期性突变率引起。


“我们非常高兴向科学界提供了周期性假说的另一个解释,”Oriol Pich和Núria López-Bigas强调了这项研究的重要性。“好奇心驱使我们从研究中获得新基础知识,让我们更好地理解自然。”


这样研究成果不仅对理解人类基因组取得了新突破,而且解释了肿瘤的发生根本。这些知识对鉴定突变和揭示肿瘤发展都有一定的相关联系。


这是又一个基础研究带来新科学概念的例子。




参考资料:

Somatic and Germline Mutation Periodicity Follow the Orientation of the DNA Minor Groove around Nucleosomes



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