端粒到端粒人类DNA复制时间谱

背景:

在大多数真核生物中，DNA复制在S期完成，但并不是所有区域都同时复制。对几种真核生物的大量研究表明，细胞有一个确定的DNA复制程序(或模式)，这是非常稳定的，保守的(在某些情况下)和难以干扰。为什么基因组重复被组织成这样一个明确的程序尚不清楚，但它可能有助于细胞调节基因表达和/或多样化(1)。直到最近，大约8%的人类基因组从参考文献中缺失，包括中心体，这是纺锤体纤维附着的位置，用于染色体分离。由于非常重复，它们很难组装。这意味着我们对着丝粒上的复制动力学的理解是有限的，因为它们的装配不那么健壮，而对着丝粒环境的改变和着丝粒的再复制与非整倍体(异常染色体数目)相关。提高我们对着丝粒复制的理解可能为非整倍体驱动的遗传疾病提供见解(2,3,4)。最近，端粒到端粒(T2)联盟公布了一种新的基本无间隙的基因组，它由长读序列组装而成，并通过短读和长读序列数据进行细化(5)。这种新的组装现在为研究基因组中几乎每一个位点的RT提供了能力。

主要结论:

此前，作者分析了5种不同的细胞系(包括健康细胞和癌细胞)的RT程序。他们通过比较复制(s期)细胞和非复制(G1期)细胞的DNA测序深度来进行这些实验，这些细胞是通过流式细胞术分离的。通过将该序列读入参考基因组，寻找s期细胞中相对于G1-细胞中覆盖度增加的区域，可以研究RT。当绘制出复制区域(起始位点)时，复制区域(即非复制位点)有一个“峰”样外观，而覆盖面积减少的区域(即非复制位点)呈现为谷(6)。他们先前发现着丝粒位点复制中后期s期，并在细胞内和不同细胞类型之间显示出复制时间(RT)的离散模式。在这里，作者将他们之前的数据集重新映射到新的基因组中，以更好地理解着丝粒是如何复制的。

图中显示的是阿尔德鲁普-麦克唐纳和沙利文，2014年改编的人类着丝粒的示意图。人类着丝粒基因组学的过去、现在和未来。较低的图显示每种重复类型的对心中心区域(绿色)和非对心中心区域(灰色)的复制时间比较。图改编自Massey和Koren, 2022, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.03.28.486072v1。

人类的着丝粒由重复序列丰富的家族(卫星序列元素)组成，其中最丰富的是阿尔法卫星阵列。这些阵列然后被组织成高阶重复(HORs)，被认为是一个基本的重复单元。HORs与其他回头客家庭相邻。在这里，作者表明，在着丝粒内不同的卫星家族似乎有不同的复制时间，例如，与其他重复序列相比，alpha-卫星HORs通常更早地复制。发生这种情况的原因尚不清楚，但作者认为这种时间错开可能有助于确保着丝粒为分裂做好准备，即装配着丝粒结构(纺锤体附着)。

2)着丝粒复制s期中后期，其RT随细胞间的差异而不同

与他们之前的研究一样，作者表明，着丝粒区域的复制在s期中后期，而在着丝粒内的RT在不同细胞系中表现不同。在一些细胞系中，着丝粒平均在s期中后期复制较早，而在其他细胞系中则较晚。在这项新的分析中，作者可以在单个着丝粒上更详细地检查这些RT动力学。他们发现，具有较早(或较晚)复制的着丝粒的细胞系总是具有较早(或较晚)复制的着丝粒。这表明，在同一细胞系的DNA复制过程中，总的着丝粒结构是同时复制的，而不管每条染色体的大小，也不管每个细胞系中与着丝粒相关的重复序列是多少。为什么着丝粒的时间如此相似还不清楚，但这可能表明有一种生物途径使每条染色体上的着丝粒复制基本相同;也许是通过染色体本身的物理相互作用，或者是通过在细胞核中的定位(7,8)。

我喜欢这个预印本的地方:

我喜欢这样一个事实:在这个预印本中，作者回到他们已经产生的数据集，并重新分析他们的数据，随着该领域的新信息的出现，改进和改进分析。他们在很大程度上证实了之前的分析，同时还发现了关于着丝粒rt的额外信息。进一步了解是什么过程/过程控制着着丝粒复制的时间，以及为什么细胞系之间存在差异，将是非常有趣的。

问作者的问题:

您的数据表明重复区域的时间在着丝粒内可能是交错的。你认为潜在的机制是什么?是否有与不同重复区域相关的替代表观遗传标记的证据?

中心粒复制似乎也需要DNA修复活动。你认为高度重复序列的惊人复制(往往容易不稳定)可能与所需的DNA修复活动有关吗?如果是这样，是如何进行的?例如，后期复制的重复区域是否更容易出现不稳定?

问题3:在一个细胞系中，所有的染色体都保持相似的着丝粒复制时间有什么好处?您认为这可以解释患病细胞状态的某些方面吗?例如，一个中心粒RT时间的改变会影响其他导致不稳定的时间?

引用:

1. Marchal, J. Sima和D.M. Gilbert。3D基因组中DNA复制时间的控制。Nat. Rev. Mol. Cell。生物．2019.
2. 巴拉和法希内蒂。着丝粒的阴暗面:涉及着丝粒DNA的结构异常的类型、原因和后果。Nat。通讯》2018。
3. 吉安达et al。CENP-A染色质阻止着丝粒上的复制压力，以避免结构非整倍性。《美国国家科学院学报》上。2021.
4. L. Hanlon和J.J. Li。着丝粒的再复制引起染色体不稳定性和非整倍性。公共科学图书馆遗传学》2015。
5. Nurket al。人类基因组的完整序列科学》2022。
6. J. Massey, D. Kim, K.E. Brooks, M.B. Smolka和A. Koren。下一代测序实现了人类着丝点复制时间的时空分辨率。基因。2019。
7. 段等．酵母基因组的三维模型。自然》2010。
8. E Wiblin, W. Cui, A.J. Clark和W. a . Bickmore。人类胚胎干细胞中涉及多能性的着丝粒和区域的独特核组织。j .细胞。科学》2005。

标签:着丝粒，重复，复制，t2t

发布日期:2022年5月4日

doi:https://doi.org/10.1242/prelights.31917

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