Science：人合子后突变的产生来源与生物学功能

发布于:遗传发育研究 2023-05-07 3762

合子后突变（Postzygotic mutations）在受精之后立刻发生，但是目前为止对于人体中合子后突变对发育和健康是如何以及何时产生影响的仍不得而知。为了对合子后突变的来源以及功能性后果进行研究，美国华盛顿大学圣路易斯分校Donald F.Conrad研究组在Science上发文题为The origins and functional effects of postzygotic mutations throughout the human life span，对来自948个供体的54个不同组织和细胞类型进行合子后突变建立合子后突变图谱，并对身体不同组织以及全年龄段的基因突变的功能进行解析。

如何对合子后突变进行描述是一个挑战。大多数的合子后突变研究都是单组织的且这些组织都比较容易获取，比如血液、肝脏、皮肤以及肠道等等。为了扩展对于合子后突变的认识，作者们开发了一套批量RNA-seq鉴定单核苷酸突变和预测突变发生时间的方法Lachesis。由此，作者们建立了一个多组织、多年龄段的合子后突变图谱（图1）。

图1 不同组织中合子后突变特征

为了对所建立的算法的准确性进行评估，作者们从95个相同样本、覆盖296个基因组位点的DNA和RNA为基础的数据库进行对比，发现变异等位基因频率（Variant allele frequency，VAF）具有很好的相关性。另外，作者们发现该算法即使是对低如0.66%的变异等位基因频率也能够准确检测。这些结果说明了该图谱与算法的灵敏性与准确性。

随后，作者们对合子后突变在不同供体和组织中的特征进行描述。在100%的供体以及77%的组织样本中可以检测到突变，但在不同组织中具有非常大的变异差异，这说明身体不同组织具有不同的相关活性。比如在皮肤相关的组织中，突变频率特征与年龄以及紫外线暴露息息相关。

那么合子后突变的来源以及时间点是什么呢？作者们使用LachesisMap对1864个突变事件的来源进行研究，发现不同发育阶段以及不同组织中突变发生具有很大的差异，从0.04-23%不等，而合子后突变发生的频率最高的是在胚胎发育的早期阶段（图2）。

图2 合子后突变发生在胚胎发育早期阶段

进一步地，作者们对合子后突变发生的不同功能性后果进行评估。GTEx的合子后突变图谱为比较不同的突变在人不同年龄阶段的生活质量与适应性后果提供了研究机会。首先，作者们将所得到的图谱与CADD（Combined Annotation Dependent Depletion）图谱进行对照并注释，这一图谱广泛使用机器学习对遗传变异进行分类。其次，作者们通过横向比较样本之间合子后突变，对这些突变是否有害进行探究。作者们发现，13%的组织中合子后突变的有害程度明显较低，而在6%的组织中合子后突变会更加有害。综合分析来说，所有大脑区域可能的合子后突变都比平均水平要有害。最后，作者们还对随机突变、生殖细胞变异数据库gnomAD以及遗传疾病的新生突变数据库、体细胞数据库、癌症细胞数据库等进行合并研究，为合子后突变的后果给出了全面的总结。

最后，作者们对生殖细胞中的合子后突变进行了刻画，发现有害突变在细胞周期过程中会被清除，而且未发现供体年龄与合子后突变有害性的相关性。另外，通过对转录组突变频率进行分析，作者们发现雄性配子体发生过程中突变频率是动态的。

总的来说，作者们通过全面分析超过九百名供体的合子后突变，建立了不同年龄段、不同组织的合子后突变图谱，同时通过跨数据库注释为合子后突变的功能性结果进行了阐明，为理解合子后突变的来源与功能提供了全面的认识。