癌症基因組中的體細胞突變分布隨三維染色質結構而變化

2020-12-03 科學網

癌症基因組中的體細胞突變分布隨三維染色質結構而變化

作者:

小柯機器人

發布時間:2020/10/10 13:48:49

美國德克薩斯大學MD安德森癌症中心P. Andrew Futreal等研究人員合作發現,癌症基因組中的體細胞突變分布隨三維染色質結構而變化。該研究於2020年10月5日在線發表於國際一流學術期刊《自然—遺傳學》。

為了解空間基因組組織與特定突變過程之間的相互作用,研究人員分析了來自42種不同人類癌症類型的3,000個腫瘤-正常對全基因組數據集。分析表明,癌症基因組中體細胞突變負荷的變化與拓撲相關域邊界共同定位。與複製時序測量相比,域邊界構成了更好的指標來跟蹤突變負載變化。研究人員表明不同的突變過程導致不同的體細胞突變分布,其中某些過程在活性域中生成突變,而其他過程在非活性域中生成突變。

 

總體而言,三維基因組組織與主動突變過程之間的相互作用對人類癌症中觀察到的大規模突變率變異具有重大影響。

 

據悉,驅動基因的體細胞突變可能最終導致癌症的發展。因此,了解體細胞突變如何在癌症基因組中積累以及產生體細胞突變的潛在因素對於開發新的治療策略至關重要。

 

附:英文原文

Title: Somatic mutation distributions in cancer genomes vary with three-dimensional chromatin structure

Author: Kadir C. Akdemir, Victoria T. Le, Justin M. Kim, Sarah Killcoyne, Devin A. King, Ya-Ping Lin, Yanyan Tian, Akira Inoue, Samirkumar B. Amin, Frederick S. Robinson, Manjunath Nimmakayalu, Rafael E. Herrera, Erica J. Lynn, Kin Chan, Sahil Seth, Leszek J. Klimczak, Moritz Gerstung, Dmitry A. Gordenin, John OBrien, Lei Li, Yonathan Lissanu Deribe, Roel G. Verhaak, Peter J. Campbell, Rebecca Fitzgerald, Ashby J. Morrison, Jesse R. Dixon, P. Andrew Futreal

Issue&Volume: 2020-10-05

Abstract: Somatic mutations in driver genes may ultimately lead to the development of cancer. Understanding how somatic mutations accumulate in cancer genomes and the underlying factors that generate somatic mutations is therefore crucial for developing novel therapeutic strategies. To understand the interplay between spatial genome organization and specific mutational processes, we studied 3,000 tumor–normal-pair whole-genome datasets from 42 different human cancer types. Our analyses reveal that the change in somatic mutational load in cancer genomes is co-localized with topologically-associating-domain boundaries. Domain boundaries constitute a better proxy to track mutational load change than replication timing measurements. We show that different mutational processes lead to distinct somatic mutation distributions where certain processes generate mutations in active domains, and others generate mutations in inactive domains. Overall, the interplay between three-dimensional genome organization and active mutational processes has a substantial influence on the large-scale mutation-rate variations observed in human cancers. Somatic mutational loads in cancer genomes change with chromatin domain boundaries. Different mutational processes lead to distinct somatic mutation distributions in active versus inactive domains, including during tumor evolution.

DOI: 10.1038/s41588-020-0708-0

Source: https://www.nature.com/articles/s41588-020-0708-0

相關焦點

  • 地錢中TCP家族轉錄因子活性與染色質三維構象變化相關
  • 科學家揭示人類胚胎染色質三維結構動態變化
    國內兩支尖端科研團隊近來攜手攻關,共同揭示了人類早期胚胎中的染色質三維結構的動態變化,有助於更深一步了解生命發育過程。相關科研成果已通過長文形式發表在新近出版的《自然》雜誌上。這兩支科研團隊分別由中國科學院院士、山東大學生殖醫學陳子江教授和中國科學院北京基因組研究所劉江教授領銜。
  • 最新發現地錢TCP家族轉錄因子活性與染色質三維構象變化相關
    染色質摺疊對於了解基因組功能同樣至關重要。近十年來,高通量測序技術的進步和高解析度成像技術的發展使得基因組複雜的三維結構組織形式日益清晰的呈現在人們眼前。其中,利用Hi-C(high-throughput chromosome conformation capture)技術發現的拓撲結構域(Topologically Associated Domains, TADs)被視作染色質三維摺疊的基本摺疊單元。
  • 體細胞核移植中染色質三維結構的重編程以及黏連蛋白的新功能
    由於細胞數量和實驗手段的限制,此過程的染色體三維結構的高解析度的動態變化之前一直研究甚少。另外,頡偉實驗室與其他實驗室研究發現,早期胚胎中染色體高級結構如拓撲結構域(Topologically associating domain, TAD)等發生異常鬆散,並且該現象在進化中高度保守(果蠅、魚、小鼠和人類),然而其功能和機制一直是未解之謎。
  • ...染色質三維結構的重編程以及黏連蛋白在抑制基因組激活中的新功能
    由於細胞數量和實驗手段的限制,此過程的染色體三維結構的高解析度的動態變化之前一直研究甚少。另外,頡偉實驗室與其他實驗室研究發現,早期胚胎中染色體高級結構如拓撲結構域(Topologically associating domain, TAD)等發生異常鬆散,並且該現象在進化中高度保守(果蠅、魚、小鼠和人類),然而其功能和機制一直是未解之謎。
  • ...性癌症染色質可接近性圖譜揭示DNA-蛋白結合與癌症發生存在著關聯
    TCGA已成為鑑定基因組畸變、發生變化的轉錄網絡和癌症亞型的寶貴資源。儘管如此,這些腫瘤基因調控景觀(gene regulatory landscape)在很大程度上是通過間接手段推斷出來的。活性DNA調節元件的一種特徵是染色質可接近性(chromatin accessibility, 也譯作染色質可訪問性)。
  • ...合作揭示小鼠體細胞核移植胚胎發育過程中染色質高級結構重編程...
    147bp的DNA纏繞在組蛋白八聚體後形成核小體念珠結構是染色質的一級結構,之後經過不斷地摺疊堆積,最終形成了複雜的染色質三維結構。在哺乳動物中,染色質三維結構對基因的調控起著非常重要的作用。隨著高通量染色體構象捕獲技術(Hi-C)和高通量測序技術的快速發展,近年來,科學家們已經揭示了多種重要生物學事件發生過程中的染色體三維結構信息。
  • 人類原發性癌症染色質可接近性圖譜揭示DNA-蛋白...
    TCGA已成為鑑定基因組畸變、發生變化的轉錄網絡和癌症亞型的寶貴資源。儘管如此,這些腫瘤基因調控景觀(gene regulatory landscape)在很大程度上是通過間接手段推斷出來的。活性DNA調節元件的一種特徵是染色質可接近性(chromatin accessibility, 也譯作染色質可訪問性)。
  • 研究發現多個癌症體細胞突變
    研究人員聚集於幾百個乳腺、肺、卵巢、前列腺和胰腺腫瘤中大約1500個編碼基因,發現了近2600個體細胞突變,包括2400多個過去未曾報導過的。正如預料的那樣,突變種類和突變頻率隨腫瘤類型而異,不過多個受影響的基因往往落入腫瘤相關的通路。
  • 染色質拓撲結構的穩定保護基因組完整性
    染色質拓撲結構的穩定保護基因組完整性 作者:小柯機器人 發布時間:2019/10/24 16:43:34 近日,丹麥哥本哈根大學Jiri Lukas和英國牛津大學Lothar Schermelleh等研究人員合作揭示,染色質拓撲結構的穩定保證了基因組的完整性
  • Nature Plants|首次在單細胞水平揭示植物配子、合子和葉肉細胞的染色質空間結構!
    近年來發表的植物染色質三維空間結構主要是通過運用原位Hi-C技術在混合的植物組織或器官樣品中獲得,實際上是成千上萬個不同細胞的平均值結構。在本研究中,作者開發了一種植物單細胞Hi-C技術(scHi-C)。利用該技術作者分別解析了水稻精細胞、卵細胞、合子細胞和葉肉細胞等單細胞的染色質三維空間結構。發現每個細胞中染色質的空間摺疊不同,說明染色質的空間結構實際上是一個動態的結構。
  • 中國科學家「看見」 人類胚胎染色質結構動態變化
    我科學家「看見」 人類胚胎染色質結構動態變化科技日報訊 (記者王延斌)首次揭示人類早期胚胎中的染色質三維結構的動態變化,首次解析人類精子和早期胚胎的高級結構,首次繪製人類早期胚胎染色質三維構象圖譜……近日,中國科學院院士、山東大學教授陳子江和中國科學院北京基因組研究所教授劉江領銜的科研團隊取得了上述新突破
  • Nat Genet:新研究揭示癌症基因突變規律
    2020年10月7日訊/生物谷BIOON/---德克薩斯大學MD安德森癌症中心研究人員的一項新研究發現,癌症中發現的突變並非隨機積累,而是以不同的模式發現。其中基因組的三維結構是導致突變的潛在因素。研究發現,由外部因素(例如紫外線或菸草煙霧)引起的突變以及內部因素(例如DNA損傷修復或校對機制的缺陷)引起的突變實際上位於基因組的不同區域。
  • 研究揭示影響轉錄後調控的體細胞同義突變在癌症發生中的作用
    該研究首次揭示了影響轉錄後調控的體細胞同義突變在癌症基因組中的分布特徵和臨床相關性,強調了在癌症生物學研究中考慮影響轉錄後調控的同義突變的重要性。 體細胞同義突變是癌症基因組編碼區中最常見的變異之一。孫中生研究團隊最近發現,同義突變可以通過改變RNA剪接、RNA穩定性和蛋白質翻譯來驅動癌症發生,提示這些「沉默」突變存在未被發現的調控作用。
  • 我國科學家首次揭示人類早期胚胎中染色體三維結構的動態變化
    首次揭示了人類早期胚胎中染色體三維結構的動態變化,並發現CTCF蛋白對於早期胚胎發育中拓撲相關結構域(TAD結構)有著重要調控功能,為進一步揭示人類胚胎發育機制提供了理論基礎。人類的DNA如果拉成一條直線約有2米長,然而細胞核的直徑卻僅有5微米至10微米,近期研究發現DNA可以通過有序的摺疊組成不同的拓撲結構域,最終形成染色質的高級結構。
  • 北京生科院揭示影響轉錄後調控的體細胞同義突變在癌症發生中的作用
    該研究首次揭示了影響轉錄後調控的體細胞同義突變在癌症基因組中的分布特徵和臨床相關性,強調了在癌症生物學研究中考慮影響轉錄後調控的同義突變的重要性。  體細胞同義突變是癌症基因組編碼區中最常見的變異之一。
  • 真核基因組DNA在細胞核中以染色質(chromatin)的結構方式存在
    一、染色質結構真核基因組DNA在細胞核中以染色質(chromatin)的結構方式存在。而染色質是以DNA和組蛋白(histone)結合形成的核小體(nudeosome)為基本單位的高度有序的結構。按照功能狀態不同,可將染色質劃分為活性染色質(active chromatin)和非活性染色質(inaetive chromatin),前者是指那些具有轉錄活性的染色質,而後者是指缺乏轉錄活性的染色質。非活性染色質是以30nm的間期染色質纖維為基礎,在結構上壓縮40~50倍的緻密區域。
  • Science:人類迎來目前最為全面的癌症染色質可及性圖譜
    Chang 教授的研究團隊利用 TCGA 中的 410 個腫瘤樣本的測序結果繪製了目前最為全面的癌症染色質可及性圖譜,通過這一圖譜我們可以清楚地知道表觀遺傳學對基因的調控位點及其調控機制。這項研究的最新成果發表於 10 月 26 日的 Science 雜誌。
  • 染色質閱讀器功能突變導致細胞命運受損
    染色質閱讀器功能突變導致細胞命運受損 作者:小柯機器人 發布時間:2019/12/19 15:00:11 美國洛克菲勒大學C.David Allis、萬裡玲和美國範安德爾研究所表觀遺傳學中心Hong Wen等研究團隊合作,發現染色質閱讀器中的功能獲得突變導致細胞命運受損。2019年12月18日,《自然》在線發表了這項成果。 他們先前通過其YEATS結構域將ENL蛋白鑑定為組蛋白乙醯化的閱讀器,並將其與急性白血病中癌症驅動基因的表達聯繫起來。
  • 兩篇Nature首次重建出染色質重塑蛋白-核小體的三維結構
    因此,細胞必須有方法積極授予對它的基因組的訪問權限。這正是染色質重塑蛋白(chromatin remodeler, 也譯作染色質重塑劑)發揮作用的時候。染色質重塑蛋白發揮著至關重要的作用:它們通過在核小體上來回地滑動來拆開DNA片段,替換單個組蛋白,讓DNA片段釋放出來用於轉錄,並且最終在轉錄完成時再次壓縮它。