近日，我校bwin必赢Philipp Kapranov教授团队发布了首个从核苷酸层面揭示人类细胞中单链DNA断裂基因组图谱的新方法SSiNGLe。该研究以华侨大学为第一单位和通讯单位发表在Nature子刊《Nature Communications》（影响因子11.88）上，文章题为“Novel approach reveals genomic landscapes of single-strand DNA breaks with nucleotide resolution in human cells”。
绝大多数生物的DNA都是由两个长链分子相互缠绕而成，每条链都存储了大量的遗传信息以确保机体正常运作，因此，DNA链的完整性至关重要。在自然复制、翻译、紫外线、毒素等因素作用下，DNA会不断遭受损伤而断裂。这种损伤与人类衰老、癌症和神经退行性疾病等密切相关。DNA断裂可发生在双链或单链上，其中单链断裂是最常见的DNA损伤类型之一。但目前还没有一种技术能够全面精确地一次识别出所有的单链断裂。
在本项研究中，Philipp Kapranov教授团队独创性地开展了一系列关于单链DNA断裂检测的研究，成功研发了一种绘制单链DNA损伤的新方法——SSiNGLe(single-strand break mapping at nucleotide genome level)，可应用于多种人类细胞类型。该研究发现DNA断裂不是随机分布的，而单链DNA断裂似乎更倾向于发生在基因变异区域。这表明这些断裂的错误修复可能导致突变，从而诱发疾病。如果它们发生在生殖细胞中，甚至可能影响进化过程。该发现具有深远意义——如果DNA断裂倾向于发生在DNA某些区域，并且在压力下不断增加，这意味着压力在一定程度上也决定了DNA变异的发生位置，这一发现可能与抗癌疗法密切相关。通过进一步分析显示，一些抗癌疗法可以显著地改变DNA的断裂模式，并同时导致患者癌细胞和健康细胞的基因突变。
图1.单链DNA断裂（SSB）检测方法SSiNGLe概述
此外，研究还发现DNA的断裂位置会随着年龄的增长而变化，在基因和控制这些基因的区域中可发现更多的DNA断裂。研究人员认为随着年龄的增长，DNA的某些部分会更频繁地发生断裂或修复错误，这很可能是导致衰老的原因之一。因此，断裂位置信息或有可能作为有效预测人类实际年龄的新信息。
图2.单链DNA断裂的多个基因组特征与人类年龄相关
这项研究开启了一个全新的领域，为DNA的生物学过程研究以及衰老、癌症和神经退行性疾病等研究和治疗指明了新方向。
华侨大学基因组学研究所Philipp Kapranov教授为通讯作者，曹慧芬博士为第一作者，Lorena Salazar García博士为共同第一作者，福建医科大学附属第二医院吴春林医生、bwin必赢徐冬旸博士、博士研究生高帆和硕士研究生蔡烨、韩雪儿、王芳、唐露参与了研究工作。福建医科大学附属第二医院、美国迈阿密大学米勒bwin必赢和英国斯特林大学为合作研究单位。该研究受到国家自然科学基金、福建省自然科学基金、泉州市自然科学基金等基金资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-13602-7
