罕见端粒突变揭示了端粒灵活性的新见解

在最近发表在《Nature Communications》杂志上的一项研究中，研究人员发现一个家族在端粒酶中存在种系编码的端粒模板序列突变(TTAGGT)，这导致非规范端粒序列至少延续了一代。

研究报告称，端粒序列TTAGGG在所有脊椎动物中都是恒定的，并且通过附着在一组称为庇护蛋白的蛋白质上，在抑制脱氧核糖核酸(DNA)损伤反应中起着关键作用。端粒序列的改变减少了庇护蛋白的结合，导致DNA损伤，并对细胞有毒。

在目前的研究中，研究人员在IPF患者的TERC中发现了一个新的杂合突变，该突变编码端粒序列。这种变异使患者在40多年的时间里没有患病，而且是遗传的。

最近，研究人员分析了IPF患者，发现了一些罕见的TERC和TERT突变。一个个体在TR模板区显示杂合子型C>A翻转。病史包括头发过早变白，43岁早期诊断为特发性肺纤维化(IPF)。为了验证体内含有r.50C>A基因变异的端粒酶活性，研究人员分析了先证者及其儿子的全基因组测序(WGS)结果，以研究变异序列与端粒的整合。

研究人员利用来自外周血单核细胞(先证者的PBMC)或唾液(儿子的)样本的WGS信息，计算了先证者、儿子和10个对照组中野生型重复和突变的百分比。他们使用定制的Perl程序来计算野生类型和变体重复。接下来，他们用PNA探针对三种序列变体或野生型重复序列进行了变异端粒序列原位鉴定。本研究的先证者进行了肺移植，并使用荧光原位杂交(FISH)研究了野生型端粒和突变。

研究人员开发了TTAGGT序列变异的表达结构，这可能导致重复加法处理(RAP)缺陷，这是由于r.C56上的TR与突变端粒3'端不匹配。他们还研究了POT1-TPP1(一种公认的RAP促进剂)是否可能在与C50A相互作用时恢复较差的RAP。

研究人员研究了将变异序列引入TERT阳性细胞系，用编码多种变异的慢病毒转导细胞，以及用肽核酸(PNA)-FISH探针检测端粒掺入的动力学和效果。他们还测量了研究先证者的端粒长度，并分析了端粒酶变异对3'端粒末端序列的影响。他们还研究了POT1是否可能在体外结合突变序列并阻断POT1介导的端粒酶活性抑制。

分析表明，端粒酶基因的突变携带了一代或多代人，尽管有近9.0%的端粒变成了新的序列，但一位家庭成员报告了没有重大的医疗问题。突变模板抑制了端粒酶重复添加的能力，减少了POTR1的相互作用。尽管存在这些异常，但该序列很容易整合到细胞染色体中。变异序列的存在可能影响端粒的添加。

先证者的孩子也有这种变异，尽管他没有报告严重的医疗问题。研究人员预计突变r.50C>A会引入TTAGGT非典型型端粒基因序列，而不是TTAGGG。先证者端粒含有2.7%的TTAGGT序列，而对照组含有0.40%的TTAGGT序列(先证者高6.0倍)，先证者儿子端粒含有9.20%的变异序列，增加23.0倍，表明端粒酶在种系或发育过程中添加了显著的变异重复序列。

先证者有恒定的规范重复(84%)，但他的孩子有较低的数量(78%)比对照组。大约15%的端粒片段既不包含TTAGGT序列，也不包含野生型序列，这与早期使用WGS数据检测端粒组成的研究相当。外植肺组织包含可变端粒序列，但对照供体肺没有。测序结果和原位杂交表明端粒酶吸收成年组织中残留的序列。

结构模型表明，dG:rC配对在拉链上比dT:rA配对更稳定。在hTERT-RPE细胞中，36%的C50A-和70%的 C50/56A转导细胞表现出至少10个突变的端粒灶，连续TTAGGT重复序列减少。先证者及其子女遗传变异TR的可能性分别为39%和28%。

研究发现端粒可以承受相当大的退化，这意味着插入非规范端粒序列可能会影响端粒长度动态。包含C50A TR的端粒酶由于出芽突变端粒与TR r.56C不匹配而导致RAP几乎全部丢失。通过产生C50/56A变异来纠正错配，增强了RAP，促进了更多与POT1-TPP1相关的激活。然而，当过表达时，C50/56A TR与野生型TR一样延长端粒。端粒序列突变，如POT1ΔOB，可能会阻止庇护蛋白抑制端粒酶的添加。