Дым от сигарет реже повреждает открытые участки генома

Химические модификации ДНК-оснований постоянно угрожают целостности генома. Поврежденные основания зачастую неверно считываются, что приводит к образованию мутаций. Долгое время нельзя было локализовать специфичные поврежденные нуклеотиды, однако теперь эта возможность есть.

Некоторые соединения вызывают алкилирование ДНК. Среди них — бензо(а)пирен (BaP), известный канцероген, который обнаруживается в еде, угольной смоле, дыме от сигарет и заводов. Попадая в организм человека, BaP метаболизируется цитохромами CYP1A1 и CYP1B1 с образованием высокореактивного соединения BaP-диол-эпоксид (BPDE). Оно необратимо реагирует с гуанозинами. Эксцизионная репарация может починить повреждение, но если этого не происходит, то получается замена CG > AT, наиболее часто встречающаяся в онкогенах курящих пациентов с раком легких. Неясно, есть ли связь между распределением измененных нуклеотидов и мутационной сигнатурой рака. В новой работе исследователи из Швейцарии (а также сотрудники компании Philip Morris International) получили карты распределения модифицированных нуклеотидов N²-BPDE-dG с однонуклеотидным разрешением в клетках легких человека.

Авторы использовали различные концентрации BPDE, чтобы вызвать образование N²-BPDE-dG в человеческих эпителиальных клетках бронхов BEAS-2B. BaP не использовали из-за его низкой растворимости в воде. Общий уровень N²-BPDE-dG оценили с помощью жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией, а их распределение — с помощью адаптированного протокола HS-Damage-seq. Уровень N²-BPDE-dG рос с увеличением концентрации BPDE.

Для адаптации протокола секвенирования авторы посмотрели, насколько хорошо антитела связывают N²-BPDE-dG, оптимизировали условия иммунопреципитации, а также протокол подготовки библиотек. После секвенирования они выяснили координаты повреждений. Было показано, что N²-BPDE-dG чаще образуются в областях с высоким содержанием GC, однако там же модификация часто исправляется.

Исследователи сравнили распределение повреждений с доступностью отдельных областей генома. Оказалось, что на открытых участках повреждения не накапливаются. Наоборот, N²-BPDE-dG чаще выявлялись в прицентромерных областях. Меньше поврежденных нуклеотидов было выявлено на хромосомах 17 и 19, в отличие от хромосом 13 и X. Относительно свободными от повреждений оставались промоторы, в то время как тела генов и повторяющиеся элементы демонстрировали более высокий уровень сигнала. Авторы показали, что паттерн повреждения оставался неизменным при повышении концентрации BPDE. Распределение повреждения ДНК было похоже на паттерн мутаций, найденный при раке легких у курильщиков.

Степень открытости или закрытости хроматина может по-разному влиять на повреждения. С одной стороны, закрытый хроматин в какой-то мере защищен от химической модификации. С другой стороны, на открытом хроматине скорее произойдет репарация. В настоящем исследовании N²-BPDE-dG реже обнаруживались на открытых участках.

Бактерия-симбионт защитила печень мышей-курильщиков от никотина