CGM 第163期: 利用Bionano单分子成像技术实现对人类 DNA 复制的全基因组研究

DNA复制受复制起始的位置和时间调节，人们在识别和分析人类复制起始位点方面投入了大量精力。然而，真核复制动力学的异质性和后生动物个体起始位点复制起始效率低，使得绘制人类细胞复制起始的位置和时间变得困难。人类复制作图问题的一个潜在解决方案是单分子分析，但当前的方法却不能提供全基因组实验所需的通量。为了应对这一挑战，我们开发了光学复制图谱技术 (ORM)，这是一种高通量单分子方法，用于检测新复制的 DNA以及人类细胞中的早期起始事件。我们数据的单分子性质，以及超大的数据量（ 2700 万条平均长度约 300 kb 的DNA分子）总共超过 2000 倍的人类基因组覆盖率，使我们能够高可信度地识别起始位点并计算其发生概率。特别是我们第一次实现在全基因组范围内测量人类细胞复制起始的绝对效率。我们发现人类复制起始位点并不局限于明确定义的复制起点，而是分布在由许多起始位点组成的广泛起始区域中。此外，我们发现相邻复制起始区域之间的复制起始事件没有相关性。我们的结果显示早期复制域和晚期复制域的起始事件之间的主要区别在于它们的固有触发概率，而不是它们触发的时间分布差异。测量早期 S 阶段的起始效率足以预测整个 S 阶段此类起始区的平均复制时间，该结果进一步表明早期和晚期起始区的复制时间之间的差异是定量的，而不是定性的。这些观察结果与起始时间调节的随机模型预测的结果一致，并表明复制动力学的随机调节是真核生物复制的基本特征，该机制在进化过程中从酵母到人类都是高度保守的。