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基于机器学习方法对人类基因组DNA双链断裂位点进行识别

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中国生物化学与分子生物学报 2023年第8期39卷 1153-1167页

作者：董碧宇刘国庆内蒙古科技大学生命科学与技术学院生物信息学系内蒙古包头014010 内蒙古自治区功能基因组生物信息学重点实验室内蒙古包头014010

DNA双链断裂(double-strand break,DSB)是细胞中一种严重的DNA损伤形式,与包括癌症、重组异常、神经元发育异常在内的多种基因组不稳定性疾病密切相关。由于成本和技术门槛的限制,高通量测序技术绘制的高分辨率DSB图谱十分有限,这阻碍... 详细信息

DNA双链断裂(double-strand break,DSB)是细胞中一种严重的DNA损伤形式,与包括癌症、重组异常、神经元发育异常在内的多种基因组不稳定性疾病密切相关。由于成本和技术门槛的限制,高通量测序技术绘制的高分辨率DSB图谱十分有限,这阻碍了我们对不同物种基因组中DSB情况的认知。据此,我们建立了以随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和逻辑回归(LR)三种分类器为基础算法的分类预测模型,对人类上皮细胞基因组DSB位点进行预测。除了之前预测研究中常用到的表观特征和DNA形状特征外,我们发现DNA序列特征(k-mer频数、GC含量、GC-偏移和互信息)也能表征DSB位点。同时,在考虑DNA物理性质、化学位移和自相关信息后,预测结果得到有效提高。将上述所有特征合并后进行预测,得到了较好的分类预测结果,其中逻辑回归(LR)的分类预测性能是最佳(AUC=0.97),与以往的预测结果相当(AUC=0.964)。另外,通过特征递增搜索方法,得到由294个特征组成的最优特征集,对应的AUC值达到0.974。

关键词：双链断裂分类预测化学位移 DNA物理性质自相关

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α粒子辐照致DNA双链断裂的AFM观测

电子显微学报 2003年第2期22卷 87-91页

作者：隋丽梅俊平倪嵋楠赵葵郭继宇吴秀坤中国原子能科学研究院北京102413

在放射生物学中 ,脱氧核糖核酸 (DNA)是电离辐射引致细胞杀伤或转化的主要靶分子 ,研究它的电离辐射损伤具有深远的意义。以此为目的 ,选用LET为 90keV μm的α粒子 ,以不同的剂量对纯化的质粒DNA进行辐照 ,并用原子力显微镜 (AFM)对其... 详细信息

在放射生物学中 ,脱氧核糖核酸 (DNA)是电离辐射引致细胞杀伤或转化的主要靶分子 ,研究它的电离辐射损伤具有深远的意义。以此为目的 ,选用LET为 90keV μm的α粒子 ,以不同的剂量对纯化的质粒DNA进行辐照 ,并用原子力显微镜 (AFM)对其所诱发的DNA双链断裂进行了定性观测。同时。

关键词： α粒子电离辐射原子力显微镜质粒DNA 双链断裂凝胶电泳技术

辐射作用下含修复DNA主链断裂随机动力学理论的研究——单链与双链断裂规律

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浙江农业大学学报 1993年第1期19卷 1-6页

作者：赵玉芳凌备备浙江农业大学原子核农业科学研究所应用生物物理研究室杭州310029

按照我们在文献[1]中给出的辐射诱发含修复DNA主链断裂随机动力学理论数学模型,在此基础上,本文进一步导出了两种不同形成过程的双链断裂变化规律。在一定近似下,可以对SSB及DSB的实验结果作出满意的解释。我们的理论可以避免靶学说与... 详细信息

按照我们在文献[1]中给出的辐射诱发含修复DNA主链断裂随机动力学理论数学模型,在此基础上,本文进一步导出了两种不同形成过程的双链断裂变化规律。在一定近似下,可以对SSB及DSB的实验结果作出满意的解释。我们的理论可以避免靶学说与击中理论的主要缺点,在一定条件下则又可以还原为靶理论结果,而且本理论还具有容纳更多因素的优点。

关键词：辐射 DNA修复双链断裂

整体受照小鼠骨髓细胞存活与DNA双链断裂的关系

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国际放射医学核医学杂志 1995年第3期 142-143页

整体受照小鼠骨髓细胞存活与ＤＮＡ双链断裂的关系［英］／ＰｅｔｒｏｖｅｃｋｉＭ…ＲａｄｉａｔＲｅｓ．－１９９４，１３８（３）．－４４３～４５０实验以ＷＲ－２７２１的辐射保护作用为观察指标，探讨了整体受照小鼠骨髓细胞存活... 详细信息

整体受照小鼠骨髓细胞存活与ＤＮＡ双链断裂的关系［英］／ＰｅｔｒｏｖｅｃｋｉＭ…ＲａｄｉａｔＲｅｓ．－１９９４，１３８（３）．－４４３～４５０实验以ＷＲ－２７２１的辐射保护作用为观察指标，探讨了整体受照小鼠骨髓细胞存活与其ＤＮＡ双链断裂（ｄｓｂ）之间的...

关键词：细胞存活小鼠骨髓双链断裂

重离子致DNA双链断裂的AFM观测和机理研究

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重离子致DNA双链断裂的AFM观测和机理研究

作者：隋丽中国原子能科学研究院

学位级别：硕士

脱氧核糖核酸(DNA)是生物体中一类重要的大分子。它是生命信息的载体，也是辐射生物学效应的最重要的靶分子。电离辐射可引起DNA多种类型的损伤，如碱基损伤、糖基损伤、单链和双链断裂以及DNA交联等，其中双链断裂(DSB)是辐射所致生物... 详细信息

脱氧核糖核酸(DNA)是生物体中一类重要的大分子。它是生命信息的载体，也是辐射生物学效应的最重要的靶分子。电离辐射可引起DNA多种类型的损伤，如碱基损伤、糖基损伤、单链和双链断裂以及DNA交联等，其中双链断裂(DSB)是辐射所致生物效应中最重要的原初损伤。本实验旨在用原子力显微镜(AFM)研究重离子辐射后早期的DNA双链断裂。因为重离子具有高传能线密度(LET)及剂量分布呈尖布喇格峰的特点。与低LET辐射相比，重离子通过物质时有着完全不同结构的电离径迹，径迹结构较为复杂，所引起的损伤机制极为复杂。通过研究重离子辐射的生物学效应，可以为重离子治癌、太空辐射和核辐射的危险性评估等提供丰富的数据。在实验中，分别选用Am放射源产生的氦原子核(α粒子，LET=101keV／μm)以及HI-13串列加速器产生的不同LET值的Li(LET=124keV／μm)和C(LET=242keV／μm)重离子，以不同的剂量对纯化的质粒DNA水溶液进行了辐照。借助于AFM，对α粒子和两种重离子诱发的DNA损伤进行了纳米水平的结构分析，并结合Scion Image图像分析软件的分段测量方法，对辐照诱发的DNA碎片长度分布进行了纳米级分辨的测量。得到了DNA分子的超螺旋、开环和线性三种形态随剂量的变化情况以及DNA碎片的长度的分布函数，并用Tsallis熵统计理论对实验值进行了拟合。结果表明，具有高LET的重离子辐射与低LET辐射相比，能够更有效的诱发DNA分子发生双链断裂，并使双链断裂的分布更局部和更密集。此外，使用凝胶电泳技术也对辐射诱发的DNA链断裂情况进行了分析，得到了DNA分子形态随剂量的变化规律，并与AFM结果进行了比较。结果表明，AFM显微技术，是在分子水平上研究辐射所致DNA结构和功能变化的有力工具。与凝胶电泳技术相比，AFM能够区分DNA分子的各种形态，并能实现对辐照诱发的DNA较小片段的测量。

关键词：重离子电离辐射质粒DNA 原子力显微镜双链断裂传能线密度

类泛素化修饰抑制剂MLN4924通过阻止BRCA1复合体募集抑制DNA双链断裂修复

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类泛素化修饰抑制剂MLN4924通过阻止BRCA1复合体募集抑制DNA双链...

作者：郭宗培中国人民解放军军事医学科学院

学位级别：硕士

DNA双链断裂是DNA损伤最严重的形式,对此,细胞主要通过两种修复途径来应对:非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)和同源重组(homologous recombination,HR)。细胞选择NHEJ途径进行修复时不需要模板,所以在细胞周期全过程都... 详细信息

DNA双链断裂是DNA损伤最严重的形式,对此,细胞主要通过两种修复途径来应对:非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)和同源重组(homologous recombination,HR)。细胞选择NHEJ途径进行修复时不需要模板,所以在细胞周期全过程都可以发生,在G1期尤为显著,是一种错误倾向性修复;HR修复过程需要同源的姐妹染色单体为模板合成新的DNA链,因此只有处于S期和G2期的细胞才有可能通过此途径进行修复,是一种无错修复方式。乳腺癌相关基因1(breast cancer associated gene 1,BRCA1)是HR修复通路中的重要蛋白,它除了能够修复损伤的DNA外,还可以激活细胞周期检查点,是一种关键的抑癌基因。据之前报道,类泛素化(Neddylation)反应可以调节DNA损伤修复过程,并且可能通过影响BRCA1来发挥作用。为了更深入研究Neddylation对BRCA1的影响,我们在本研究中使用了MLN4924这个小分子抑制剂。MLN4924是一种有效且特异的NEDD8的小分子抑制剂,它能够与NEDD8活化酶形成复合物,进而有效且特异地抑制NEDD8对目的蛋白的修饰。考虑到NEDD8是一种类泛素,它可能会通过修饰BRCA1蛋白,进而调节同源重组修复通路。于是我们首先通过Pull-down实验来验证此假设,结果显示NEDD8并不能修饰BRCA1,但这并不代表对BRCA1没有影响。接着我们用Neddylation活化酶抑制剂MLN4924特异性抑制Neddylation反应,探讨Neddylation对BRCA1复合体的影响。结果显示Neddylation反应被抑制以后,BRCA1复合体中的蛋白组分,包括RAP80、BARD1以及BRCA1在DNA断裂位点的募集明显被抑制,这说明MLN4924对DNA的同源重组修复通路产生影响。同样PARP的抑制剂也能抑制同源重组修复,于是我们考虑MLN4924可能与PARP的抑制剂Olaparib协同作用来抑制DNA的同源重组修复,进而抑制DNA受损的肿瘤细胞的生长。为验证这一设想,我们联合MLN4924与Olaparib预处理A549和H1299两种非小细胞肺癌细胞系,然后通过细胞增殖与毒性实验(cell counting kit-8,CCK8)检测两种细胞的增殖,结果如我们所预料,两者联合用药相比单独用药更有效地抑制了这两种非小细胞肺癌细胞系的生长。进一步我们通过检测DNA双链断裂分子标志物γH2AX,发现两者联合用药处理细胞后,细胞内γH2AX增加的量以及残留时间相比单独用药或者不用药处理时都有显著增加,说明实验组中DNA的修复过程被严重抑制。最后我们用Kaplan-Meier绘制出肺癌病人的预后情况与NEDD8、PARPs、BRCA1三者的表达量的关系,结果呈负相关性。这些现象提示我们MLN4924与Olaparib联合用药可能会成为治疗非小细胞肺癌的新策略。目的1.利用MLN4924特异性抑制Neddylation反应,检测经IR处理后人骨肉瘤细胞中BRCA1复合体部分组分蛋白在DNA损伤位点的募集情况,进而探讨Neddyaltion修饰对BRCA1复合体的影响;***4924和Olaparib联合处理A549和H1299,观察联合用药对两种细胞系增殖的影响,进而探讨两者联合用药治疗非小细胞肺癌的可能性;3.通过检测γH2AX的量及其在细胞中存在的时间长短来确定MLN4924与Olaparib联合用药会更大程度地影响DNA修复,进而使细胞生长受到更显著的抑制;4.用Kaplan-Meier数据库来宏观地判断NEDD8、PARPs、BRCA1三者表达量与肺癌病人预后情况的关系。方法分别转染SFB空载质粒(SFB-VEC)、SFB-NEDD8野生型质粒(SFB-NEDD8WT)以及SFB-NEDD8突变型质粒(SFB-NEDD8 Mut)于293T细胞,24h后,荧光显微镜下检测有绿色荧光,然后进行10Gy照射,收集照射后1h的细胞,做Pull-down实验,检测NEDD8是否修饰BRCA1蛋白;用终浓度为3μM的MLN4924预处理U2OS细胞1h,8Gy照射,免疫荧光实验检测照射后6h细胞内BRCA1的焦点;以Lipofectamin2000为转染试剂,分别转染GFP-BARD1和GFP-XRCC1两种质粒到U2OS细胞,24h后利用激光微照射方法对DNA造成损伤,荧光显微镜下观察GFP荧光强度并拍照;用终浓度为3μM的MLN4924预处理U2OS细胞1h,照射(8Gy),然后依次收集照射后1、2、4、8和12h的细胞沉淀,用0.2M HCL提取细胞染色体组分蛋白,以Lamin-C为内参,通过免疫印迹法检测募集到染色体上

关键词： Neddylation BRCA1 PARP1 非小细胞肺癌 DNA 双链断裂

人工诱导双链断裂(DSB)与三螺旋形成寡核苷酸(TFO)在提高基因打靶效率中的应用

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安徽农业科学 2013年第1期41卷 460-465页

作者：李和刚程文科江科任小利姜永平侯乐乐郝小静赵金山青岛市畜牧兽医研究所山东青岛266100 海南省畜牧技术推广站海南海口570203 山东省青岛市莱西市畜牧兽医局山东青岛266600 山东省青岛市莱西市日庄镇农业服务中心山东青岛266600

基因打靶技术是研究基因功能的重要手段,而基因打靶效率特别是体细胞的打靶效率非常低下。人工诱导双链断裂(DSB)与三螺旋形成寡核苷酸(TFO)是目前正在研究的提高打靶效率的方法。文中综述了这2种方法的基本原理、设计思路及在提高基因... 详细信息

基因打靶技术是研究基因功能的重要手段,而基因打靶效率特别是体细胞的打靶效率非常低下。人工诱导双链断裂(DSB)与三螺旋形成寡核苷酸(TFO)是目前正在研究的提高打靶效率的方法。文中综述了这2种方法的基本原理、设计思路及在提高基因打靶效率中的应用,并对2种方法的特点进行了分析比较,最后对其未来发展进行了展望。

关键词：基因打靶双链断裂锌指核酸酶归巢核酸内切酶三螺旋形成寡核苷酸

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DNA双链断裂的非同源末端连接修复

生命科学 2014年第11期26卷 1157-1165页

作者：严振鑫徐冬一北京大学生命科学学院北京100871

细胞内普遍存在的DNA双链断裂(DSB)可通过同源重组(HR)或非同源末端连接(NHEJ)修复。由于HR仅在存在相同染色体作为模板的时候进行,因此,NHEJ通常为主要的修复方式。在NHEJ中,DSB末端首先由Ku识别,接着由核酸酶、聚合酶在Ku与DNA-PKcs... 详细信息

细胞内普遍存在的DNA双链断裂(DSB)可通过同源重组(HR)或非同源末端连接(NHEJ)修复。由于HR仅在存在相同染色体作为模板的时候进行,因此,NHEJ通常为主要的修复方式。在NHEJ中,DSB末端首先由Ku识别,接着由核酸酶、聚合酶在Ku与DNA-PKcs协助下加工,并由连接酶IVXRCC4-XLF连接。NHEJ底物类型多样,末端的修复常包含反复加工的过程,导致修复产物通常无法复原损伤前的序列。虽然无法确保准确修复DNA,NHEJ仍对维持基因组的稳定性具有重要的意义。对NHEJ的研究有助于理解癌症的发生机制并将促进癌症的治疗。

关键词：双链断裂非同源末端连接 Ku DNA-PKcs 连接酶IV XRCC4 XLF

耐辐射球菌DNA双链断裂修复机制研究新进展

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生命科学 2014年第11期26卷 1136-1142页

作者：赵烨华跃进浙江大学原子核农业科学研究所

耐辐射球菌对于电离辐射等DNA损伤剂具有极强的抗性,能够将同一个基因组中同时产生的高达100个以上的DNA双链断裂在数十小时内高效而精准地进行修复,是研究DNA双链断裂修复机制的重要模式生物。同源重组、非同源末端连接和单链退火途径... 详细信息

耐辐射球菌对于电离辐射等DNA损伤剂具有极强的抗性,能够将同一个基因组中同时产生的高达100个以上的DNA双链断裂在数十小时内高效而精准地进行修复,是研究DNA双链断裂修复机制的重要模式生物。同源重组、非同源末端连接和单链退火途径作为3个主要的修复途径参与了耐辐射球菌基因组DNA双链断裂的修复过程。此外,一系列新发现的重要蛋白质,如Ppr I、Ddr B等对于耐辐射球菌基因组的修复过程同样至关重要。根据本实验室和国内外在这一研究领域近年来的报道,以不同的修复途径为线索,综述该菌DNA双链断裂修复机制的最新研究成果。

关键词：耐辐射球菌双链断裂 DNA损伤修复同源重组合成依赖的链退火