Новости

Mar 08, 2023

Распространенная соматическая ретротранспозиция L1 в нормальном колоректальном эпителии

Природа том 617, стр.

Nature, том 617, страницы 540–547 (2023 г.) Процитировать эту статью

14 тысяч доступов

161 Альтметрика

Подробности о метриках

На протяжении всей жизни человека геномные изменения накапливаются в соматических клетках1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11. Однако мутационный ландшафт, вызванный ретротранспозицией длинноперемежающегося ядерного элемента-1 (L1), широко распространенного мобильного элемента в геноме человека12,13,14, плохо изучен в нормальных клетках. Здесь мы исследовали полногеномные последовательности 899 одноклеточных клонов, созданных из трех разных типов клеток, собранных у 28 человек. Мы идентифицировали 1708 соматических событий ретротранспозиции L1, которые были обогащены колоректальным эпителием и показали положительную связь с возрастом. Отпечатки пальцев исходных элементов показали 34 компетентных к ретротранспозиции L1. Многомерный анализ показал, что (1) соматические ретротранспозиции L1 происходят в раннем эмбриогенезе со значительной скоростью, (2) эпигенетическое включение/выключение исходного элемента преимущественно определяется на ранней стадии органогенеза, (3) компетентные к ретротранспозиции L1 с более низкой популяцией частоты аллелей имеют более высокую ретротранспозиционную активность и (4) только небольшая часть транскриптов L1 в цитоплазме в конечном итоге ретротранспонируется в соматические клетки. Анализ сопоставленных видов рака также показал, что скорость ретротранспозиции соматического L1 существенно увеличивается во время колоректального опухолевого генеза. Таким образом, это исследование иллюстрирует соматический мозаицизм, индуцированный ретротранспозицией L1, в нормальных клетках и дает представление о геномной и эпигеномной регуляции мобильных элементов в течение жизни человека.

Соматические мутации спонтанно накапливаются в нормальных клетках на протяжении всей жизни человека, начиная с первого клеточного деления2,3,4,5. Предыдущие исследования соматического мозаицизма в основном были сосредоточены на вариантах нуклеотидов6,7,8,9,10,11. Более сложные структурные события остаются менее изученными, отчасти из-за их относительной немногочисленности и технических проблем в обнаружении, особенно при разрешении отдельных клеток.

Ретротранспозоны с длинными вкраплениями ядерного элемента-1 (L1) представляют собой широко распространенные мобильные элементы, составляющие примерно 17% генома человека12,13,14. Эволюционно ретротранспозоны L1 являются чрезвычайно успешной паразитической единицей зародышевой линии, «копируя и вставляя» себя в новые геномные сайты15. Однако большинство из примерно 500 000 L1 в эталонном геноме человека не могут транспонироваться дальше, поскольку они усечены и потеряли свой функциональный потенциал. На сегодняшний день в раковых геномах16,17 или других экспериментальных исследованиях12,13,18,19,20,21 обнаружено 264 источника L1, компетентных к ретротранспозиции (rc-L1). Иногда ретротранспозиции L1 обнаруживаются при генетическом анализе тканей при некоторых заболеваниях22,23, что указывает на их роль в развитии заболеваний человека и требует более систематической характеристики.

Соматические события ретротранспозиции L1 (soL1R) систематически исследовались в раковых тканях16,17,24. Определенные типы рака, в том числе аденокарциномы пищевода и колоректального рака, демонстрируют более высокую нагрузку soL1R, что часто приводит к изменению раковых генов17. В поликлональных нормальных тканях soL1R еще четко не изучен, поскольку сложно обнаружить случаи, ограниченные небольшой фракцией клеток. Хотя ранее применялось несколько методов для выявления soL1R в нормальных нейронах, в разных исследованиях сообщалось о противоречивых показателях soL1R: от 0,04 до 13,7 soL1R на нейрон25,26,27,28,29,30.

Чтобы систематически исследовать мозаицизм, индуцированный soL1R, в нормальных клетках, мы исследовали полногеномные последовательности колоний, выросших из отдельных клеток (далее называемых клонами)2,4. Наши подходы также позволили одновременно проводить мультиомное профилирование идентичных клонов31 и точное обнаружение ранних эмбриогенных событий, общих для нескольких клонов2,4,5.