表观遗传相关蛋白对DNA突变的保护作用研究

Epigenetics studies heritable phenotype changes that are not attributed to changes in DNA sequences. Epigenetic information is mainly provided and stored in chromatin, and is closely related to genome stability. Aberrant epigenetic modifications which cause mis-regulation of key genes can lead to genome instability. It is not clear whether epigenetic players, which regulate chromatin structure, can provide direct protection for the genetic information. In this project, we will use experimental evolution of S. pombe and high throughtput sequencing technology, to investigate the protection effect of epigenetic players for genetic information. This investigation will shed light on the understanding of new mutators from epigenetic players.

表观遗传学是研究非DNA序列改变引起的可继承的表型改变的生物学现象的学科。表观遗传学信息与基因组的稳定性密切相关，大量的研究表明异常的表观遗传学修饰影响基因组的稳定性。表观遗传相关蛋白可以通过影响错配修复相关基因的转录来间接地影响基因组的稳定性，也可能影响异染色质的组装在宏观尺度上影响基因组的稳定性。但作为染色质的组成成分，表观遗传学相关蛋白是否对DNA序列有直接的保护作用，这是一个重要且尚待解决的问题。本项目拟通过裂殖酵母的实验性进化实验，结合高通量基因组测序技术，检测不同基因敲除酵母系在进化中的突变规律。并通过ChIP-Seq技术研究发现的突变热点与蛋白结合位置的直接关系。本项目将探索表观遗传学方面的导致基因组突变的因素，为理解突变的发生提供新的理论基础。

本项目以裂殖酵母的人工进化为研究体系，旨在研究表观遗传相关蛋白对遗传信息的稳定性——主要是对DNA突变的保护作用。在研究中我们系统性地敲除了一系列表观遗传相关的蛋白基因，并通过高通量测序手段对敲除菌株的DNA碱基突变率进行了测量。在项目执行过程中，我们对既定科学问题有了明确的回答，还有一些有意思的发现，具体总结如下：.1.6种表观遗传相关蛋白基因的敲除系，包括clr4/slm9/pcf1/ago1/dcr1/set2等，其DNA突变率仅有微弱的增加，我们认为这几种表观遗传相关蛋白对DNA突变没有显著的影响。.2.另一方面，MSH6是错配修复相关蛋白，其敲除系比野生型WT的突变率提高了30倍以上，其结果符合我们的预期。我们重点分析了MSH6敲除对DNA突变率的影响。在敲除前的WT中，异染色质的突变率大大高于常染色质（每Mb突变数25.8 vs.4.9），在MSH6敲除后两者虽然都显著增加，但数量差别却明显变小（每Mb突变数316.9 vs.202.4）。这说明当错配不能修复时突变增加主要发生在常染色质，亦即在正常情况下MSH6主要负责常染色质的错配修复。.3.进一步的分析发现，MSH6敲除后发生突变的数量和染色质的开放程度呈正相关，而在WT情况下没有这种相关性，这说明染色质的开放程度在一定程度上决定了MSH6的修复效率。.4.最后，我们还分析了结肠癌患者的外显子测序数据，发现在错配修复功能有缺陷的病人样本中，DNA突变率与染色质开放程度呈正相关，而在错配修复正常的样本中则没有这种正相关性。这说明错配修复对开放染色质的偏好性在人类遗传突变中也是保守的。.综上所述，本研究为表观遗传因素——即染色质开放程度对错配修复及突变率的影响提供了直接证据，即染色质开放程度在一定程度上决定了全基因组突变率的分布图谱。本工作于2016年度发表于Journal of Biological Chemistry，并标注了项目的资助。.其它相关研究：.本项目的研究题目是表观遗传相关蛋白对DNA突变的保护作用，在这一核心科学问题下，本项目还支持了申请人所在课题组的另外1项相关研究，1篇论文已发表，并标注了本项目的资助号。