顺铂修饰DNA全基因组测序新方法及其在顺铂抗肿瘤分子机制研究中的应用

Cisplatin is among the top three most widely used antitumor drugs in the world. It is highly effective in treating testicular and ovarian cancers. The major mechanism of antitumor effect of cisplatin is its ability to crosslink DNA, which inhibits DNA replication and transcription, ultimately leading to cell death. Genomic DNA in the cell nucleus has been shown to be the primary target of cisplatin, yet the crosslinking pattern of cisplatin on the genomic scale remains largely unknown. Such limited knowledge also significantly hinders our study on the molecular mechanism of cisplatin's antitumor effect. Here, we propose a novel chemical biology method in order to profile the interactions between cisplatin and cellular DNA on a genomic scale. Such method involves the development of robust proteins that can specifically recognize and enrich cisplatin-containing DNA, which will then be subjected to high-throughput sequencing. By comparing the cisplatin distribution of cell lines with different cisplatin sensitivity, we aim to uncover the molecular patterns of cisplatin-DNA crosslinking adduct, ultimately leading to a better understanding of the antitumor effect of cisplatin.

顺铂是全球三大使用最多的抗肿瘤药物之一，它对包括睾丸癌、卵巢癌等在内的多种癌症有着非常好的治疗效果。顺铂治疗癌症的主要机制是与肿瘤细胞基因组DNA上的碱基发生化学交联，使得DNA复制和转录受到抑制并最终导致细胞死亡。然而，受研究手段的限制，目前对顺铂修饰DNA在全基因组水平上的交联位点却几乎一无所知，严重影响了我们对顺铂作用于基因组并导致细胞死亡的分子机理研究。因此，本项目将开发能够特异性识别并富集含有顺铂修饰的基因组DNA片段新方法，结合高通量测序技术，从而检测顺铂在基因组水平上的分布情况。通过比较对顺铂敏感性不同的癌细胞系中顺铂在基因组上的分布信息，解析顺铂修饰基因组DNA的反应规律，以期在组学水平上加深我们对顺铂抗肿瘤分子机制的理解。

顺铂作为临床上使用最广泛的抗癌药物之一，通过与基因组DNA发生结合，最终导致肿瘤细胞的死亡。顺铂优先交联DNA中GG和AG的二核苷酸序列，但基因组水平上顺铂的分布规律尚未得知。我们利用了一个能够特异性结合顺铂-DNA交联产物的蛋白，发展了一种称为“cisplatin-seq”的方法，对顺铂修饰的DNA片段进行富集测序，发现顺铂在基因组中的分布同时受到DNA序列与核小体结构的影响，并且优先结合线粒体DNA。同时，利用顺铂交联产物会阻碍DNA合成的特征，该方法实现了碱基分辨率的顺铂结合位置的检测。此外，该研究发现顺铂在基因组中的分布受到DNA序列与核小体结构的影响：核小体密度低的区域和GG密度高的区域是顺铂交联的主要靶点。利用这一技术，我们成功绘制了人肿瘤细胞全基因组顺铂交联的分布图谱，并发现线粒体DNA比细胞核DNA更容易被顺铂交联，预示着线粒体可能在顺铂抗肿瘤功能中占有重要地位。此外，项目也针对多种表观遗传化学修饰，开发了一系列检测手段，在组学水平上加深了对核酸修饰调控生物功能的认识。