體內的每個細胞都以穩(wěn)定且受保護的形式將其遺傳信息存儲在 DNA 中，細胞可以輕松訪問這些信息來進行其活動。然而，突變(遺傳信息的變化)發(fā)生在整個人類基因組中，并對人類健康和進化產生強大影響。
“我們的團隊對關于突變的一個經(jīng)典問題感興趣——為什么基因組中的突變率從一個 DNA 位置到另一個位置差異如此之大?我們只是不清楚為什么會發(fā)生這種情況，”Md. Abul Hassan 博士說Samee，貝勒醫(yī)學院綜合生理學助理教授，也是該作品的通訊作者。
先前的研究表明，突變位置側翼的 DNA 序列(序列背景)在突變率中發(fā)揮著重要作用。“但這種解釋仍然留下了懸而未決的問題，”薩米說。“例如，一種類型的突變在特定的序列環(huán)境中頻繁發(fā)生，而另一種類型的突變在同一序列環(huán)境中很少發(fā)生。因此，我們認為不同的機制可以解釋基因組中突變率的變化。我們知道“構成 DNA 序列的每個構建塊或堿基都有自己的 3D 化學形狀。因此，我們提出 DNA 形狀和突變率之間存在聯(lián)系，這篇論文表明我們的想法是正確的。”
遺傳密碼被“寫入”為一串堿基，這些堿基進一步纏繞或過度纏繞并限制成環(huán)，已知所有這些都會影響 DNA 活性的各個方面。令人驚訝的是，大多數(shù)基因組分析僅將 DNA 視為一串堿基，而忽略了每個堿基都有形狀的事實。
“我們僅使用 DNA 結構信息建立了一個統(tǒng)計模型，否則忽略了序列數(shù)據(jù)，”第一作者、Samee 實驗室的研究生 Zian Liu 說。“我們使用該模型來查明哪些 DNA 形狀特征，例如拉伸、扭曲或傾斜，是人類基因組突變率變化的基礎。令人驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)，盡管一種突變與另一種突變的序列背景可能看起來非常不同，但結構特性非常相似。”
“我們發(fā)現(xiàn)拉伸——形成雙螺旋的兩條 DNA 串中配對構件之間的距離——是定義一個位置是否可變的首要結構特性之一，”Liu 說。
Samee 說：“雖然我們期待這些結果，但我們沒有預料到，對于所有類型的突變，相同的 DNA 結構特征(拉伸)對于影響突變率同樣重要。”“DNA 傾斜是對所有類型的突變率影響最大的第二個結構特征。我們證實 DNA 形狀在人類基因組的功能相關區(qū)域中很重要，例如調節(jié)基因表達的蛋白質-DNA 結合位點，并且這種結構機制在許多物種中都是保守的。”
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