2012年12月17日,，北京生命科學(xué)研究所杜立林實(shí)驗(yàn)室在《Genome Research》雜志在線發(fā)表題為“Mapping genomic hotspots of DNA damage by a single-strand-DNA-compatible and strand-specific ChIP-seq method”的文章,。
在細(xì)胞的正常生理過程中，特別是DNA復(fù)制的過程中,，DNA有可能發(fā)生損傷,，從而對(duì)基因組的穩(wěn)定性造成威脅?；蚪M結(jié)構(gòu)與功能的不均一性使得在不同位置發(fā)生DNA損傷的幾率也不相同,。基因組上某些位點(diǎn)顯示更高程度的不穩(wěn)定性和易受損性,，比如人類染色體上的脆性位點(diǎn)。參與維持基因組穩(wěn)定性的很多基因的一個(gè)功能是保護(hù)基因組上的某些特殊位點(diǎn),。當(dāng)這些基因的功能喪失時(shí),，被它們保護(hù)的位點(diǎn)就可能變成DNA易損位點(diǎn)。因此,，系統(tǒng)地分析不同基因突變體中DNA易損位點(diǎn)的分布規(guī)律和在這些位點(diǎn)發(fā)生的損傷的特征,，可以幫助我們更深入地了解維持基因組穩(wěn)定性的機(jī)理。
利用DNA修復(fù)蛋白在DNA損傷位點(diǎn)聚集的特性,，杜立林實(shí)驗(yàn)室建立了一個(gè)基于染色質(zhì)免疫沉淀和高通量測(cè)序的鑒定DNA易損位點(diǎn)的手段,，稱為SPI-Seq。這個(gè)方法的主要特點(diǎn)是能報(bào)告結(jié)合單鏈DNA的修復(fù)蛋白（如Rad52）在基因組上的分布,，并能揭示其結(jié)合的單鏈DNA的鏈特異性。
以裂殖酵母為模式生物,，本文用一個(gè)引入基因組的HO內(nèi)切酶識(shí)別序列驗(yàn)證了SPI-Seq能檢測(cè)到Rad52在HO誘發(fā)的DNA雙鏈斷裂處單鏈DNA上的特異分布,，同時(shí)還能檢測(cè)到基因組上以較低頻率發(fā)生的內(nèi)源HO識(shí)別序列上的雙鏈斷裂，并且能以堿基水平的分辨率精確地捕捉斷裂發(fā)生的位置,。
本文在幾個(gè)基因組穩(wěn)定性下降的裂殖酵母突變體中利用SPI-Seq發(fā)現(xiàn)了在野生型中觀察不到的DNA易損位點(diǎn),。在DNA解旋酶Pfh1缺陷的突變體中發(fā)現(xiàn)Rad52富集于RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的基因的模版鏈上。在組蛋白去乙?；窰st4缺陷的突變體中發(fā)現(xiàn)伴隨復(fù)制叉移動(dòng)積累起了具有鏈特異性的單鏈DNA,。SPI-Seq所提供的鏈特異性信息對(duì)于了解DNA易損位點(diǎn)處積累的DNA結(jié)構(gòu)，推斷損傷產(chǎn)生的過程提供了重要的線索,。
本文的共同第一作者為該所和北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)的博士研究生周智雄和生物信息分析員張美俊。其他作者包括彭旭,，許興亞,，黃靈芝和日本帝京大學(xué)的高山優(yōu)子博士。杜立林博士為本文的通訊作者,。此項(xiàng)研究由科技部和北京市政府資助,。(生物谷Bioon.com)
doi: 10.1101/gr.146357.112
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Mapping genomic hotspots of DNA damage by a single-strand-DNA-compatible and strand-specific ChIP-seq method
Zhi-Xiong Zhou1, Mei-Jun Zhang2, Xu Peng2, Yuko Takayama3, Xing-Ya Xu2, Ling-Zhi Huang2 and Li-Lin Du2,4
Spontaneous DNA damage may occur non-randomly in the genome, especially when genome maintenance mechanisms are undermined. We developed single-strand DNA (ssDNA)-associated protein immunoprecipitation followed by sequencing (SPI-seq) to map genomic hotspots of DNA damage. We demonstrated this method with Rad52, a homologous recombination repair protein, which binds to ssDNA formed at DNA lesions. SPI-seq faithfully detected, in fission yeast, Rad52 enrichment at artificially induced double-strand breaks (DSBs) as well as endogenously programmed DSBs for mating type switching. Applying Rad52 SPI-seq to fission yeast mutants defective in DNA helicase Pfh1 or histone H3K56 deacetylase Hst4 led to global views of DNA lesion hotspots emerging in these mutants. We also found serendipitously that histone dosage aberration can activate retrotransposon Tf2 and cause the accumulation of a Tf2 cDNA species bound by Rad52. SPI-seq should be widely applicable for mapping sites of DNA damage and uncovering the causes of genome instability.
