Nature：一种新技术可以准确检测突变之前DNA密码中的早期分子变化

突变是构成DNA密码的分子“字母”的变化，而DNA是所有活细胞的蓝图。其中一些变化几乎没有影响，但其他变化可能导致包括癌症在内的疾病。现在，一项新的研究引入了一种称为HiDEF-seq的原始技术，可以准确地检测突变之前DNA密码中的早期分子变化。

这项研究的作者说，他们的技术——HiDEF-seq，可以促进我们对健康细胞和癌症中突变的基本原因的理解，以及随着人类年龄的增长，基因变化是如何在人类细胞中自然积累的。

由纽约大学朗格尼健康中心的一组研究人员领导，与北美和丹麦的合作者一起，这项工作有助于解决DNA突变发生的最早步骤。

这项新研究是基于这样的认识:DNA是由两条分子字母或碱基组成的。每条链由四种类型的字母组成:腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)。每条链的碱基以特定的模式与另一条链的碱基配对，As与Ts配对，Gs与Cs配对。这使得DNA代码能够被复制，并准确地从一代细胞传递到下一代细胞。重要的是，突变是存在于两条DNA链中的DNA密码的变化。例如，G和C的碱基对，一条链上的G与另一条链上的C配对，可以突变成a和T碱基对。

然而，研究人员说，大多数突变起源于仅存在于两条DNA链中的一条上的DNA变化，而这些单链变化，例如G和T碱基对不匹配，无法使用以前的测试技术准确识别。当一个DNA链在复制过程中没有被正确复制时，比如一个细胞分裂成两个细胞，或者当两条DNA链中的一条被高温或体内其他化学物质破坏时，就会发生这些变化。如果这些单链DNA的变化没有被细胞修复，那么这些变化就有可能变成永久性的双链突变。

发表在《自然》在线杂志上的HiDEF-seq技术被证明能够以极高的准确度检测双链突变，估计每分析100万亿碱基对就有一个记录错误。此外，HiDEF-seq检测到DNA字母编码的变化，当它们仅存在于两条DNA链中的一条上时，在它们成为永久的双链突变之前。

纽约大学格罗斯曼医学院人类遗传学和基因组学中心的核心成员、资深研究作者Gilad Evrony医学博士说:“我们的新HiDEF-seq测序技术使我们能够在DNA单链变化时看到DNA分子变化的最早指纹。”

由于已知患有与癌症相关的遗传综合征的人的细胞突变率比没有癌症易感性的人高，研究人员通过描述患有这些综合征的人的健康细胞中的DNA变化开始了他们的实验。具体来说，研究人员研究了来自聚合酶校对相关息肉病(PPAP)患者和先天性错配修复缺陷(CMMRD)患者的健康细胞。PPAP是一种与结直肠癌风险增加相关的遗传性疾病，CMMRD是另一种遗传性疾病，可增加儿童患几种癌症的可能性。

利用HiDEF-seq，研究人员发现，与没有这两种综合症的人的细胞相比，他们的细胞中出现了更多的单链DNA变化，比如T与C配对，而不是原来的G与C配对。此外，这些单链变化的模式与两种综合征患者的双链DNA突变的模式相似。

随后的实验是在人类精子中进行的，已知人类精子是所有人类细胞类型中双链突变率最低的。研究人员发现，通过HiDEF-seq在精子中单个DNA中观察到的称为胞嘧啶脱胺的化学损伤模式，与在血液中观察到的被热故意破坏的DNA的损伤非常吻合。研究人员说，这表明DNA的两种化学损伤模式，一种是自然的，另一种是诱导的，是通过类似的过程发生的。

“我们的研究为在未来的实验中使用HiDEF-seq技术奠定了基础，以改变我们对DNA损伤和突变如何产生的理解，”Evrony说，他也是纽约大学格罗斯曼医学院儿科和神经科学与生理学系的助理教授。随着细胞的分裂和繁殖，DNA的单链变化不断发生，虽然修复机制修复了大多数变化，但有些变化仍然存在，成为突变。

“我们的长期目标是使用HiDEF-seq来创建一个单链DNA不匹配和损伤模式的综合目录，这将有助于解释已知的双链突变模式，在未来，我们希望将从HiDEF-seq中获得的单链DNA病变分析与病变产生的双链突变相结合，以更好地了解和监测环境暴露对DNA的日常影响。”

遗传学家估计，在每个人类细胞中，大约有120亿个碱基或单个DNA字母可能被破坏或不匹配，因为遗传密码有两个副本，其中一个拷贝来自父母。这些拷贝中的每一个都包含一个跨越30亿个碱基对的双链DNA。Evrony说，在一个人的一生中，至少在一些细胞中，遗传密码中的每个碱基位置都可能在某个时候受损或突变。