2012年12月17日，北京生命科学研究所杜立林实验室在《Genome Research》杂志在线发表题为“Mapping genomic hotspots of DNA damage by a single-strand-DNA-compatible and strand-specific ChIP-seq method”的文章。
在细胞的正常生理过程中，特别是DNA复制的过程中，DNA有可能发生损伤，从而对基因组的稳定性造成威胁。基因组结构与功能的不均一性使得在不同位置发生DNA损伤的几率也不相同。基因组上某些位点显示更高程度的不稳定性和易受损性，比如人类染色体上的脆性位点。参与维持基因组稳定性的很多基因的一个功能是保护基因组上的某些特殊位点。当这些基因的功能丧失时，被它们保护的位点就可能变成DNA易损位点。因此，系统地分析不同基因突变体中DNA易损位点的分布规律和在这些位点发生的损伤的特征，可以帮助我们更深入地了解维持基因组稳定性的机理。
利用DNA修复蛋白在DNA损伤位点聚集的特性，杜立林实验室建立了一个基于染色质免疫沉淀和高通量测序的鉴定DNA易损位点的手段，称为SPI-Seq。这个方法的主要特点是能报告结合单链DNA的修复蛋白（如Rad52）在基因组上的分布，并能揭示其结合的单链DNA的链特异性。
以裂殖酵母为模式生物，本文用一个引入基因组的HO内切酶识别序列验证了SPI-Seq能检测到Rad52在HO诱发的DNA双链断裂处单链DNA上的特异分布，同时还能检测到基因组上以较低频率发生的内源HO识别序列上的双链断裂，并且能以碱基水平的分辨率精确地捕捉断裂发生的位置。
本文在几个基因组稳定性下降的裂殖酵母突变体中利用SPI-Seq发现了在野生型中观察不到的DNA易损位点。在DNA解旋酶Pfh1缺陷的突变体中发现Rad52富集于RNA聚合酶III转录的基因的模版链上。在组蛋白去乙酰化酶Hst4缺陷的突变体中发现伴随复制叉移动积累起了具有链特异性的单链DNA。SPI-Seq所提供的链特异性信息对于了解DNA易损位点处积累的DNA结构，推断损伤产生的过程提供了重要的线索。
本文的共同第一作者为该所和北京协和医学院联合培养的博士研究生周智雄和生物信息分析员张美俊。其他作者包括彭旭，许兴亚，黄灵芝和日本帝京大学的高山优子博士。杜立林博士为本文的通讯作者。此项研究由科技部和北京市政府资助。(生物谷Bioon.com)
doi: 10.1101/gr.146357.112
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Mapping genomic hotspots of DNA damage by a single-strand-DNA-compatible and strand-specific ChIP-seq method
Zhi-Xiong Zhou1, Mei-Jun Zhang2, Xu Peng2, Yuko Takayama3, Xing-Ya Xu2, Ling-Zhi Huang2 and Li-Lin Du2,4
Spontaneous DNA damage may occur non-randomly in the genome, especially when genome maintenance mechanisms are undermined. We developed single-strand DNA (ssDNA)-associated protein immunoprecipitation followed by sequencing (SPI-seq) to map genomic hotspots of DNA damage. We demonstrated this method with Rad52, a homologous recombination repair protein, which binds to ssDNA formed at DNA lesions. SPI-seq faithfully detected, in fission yeast, Rad52 enrichment at artificially induced double-strand breaks (DSBs) as well as endogenously programmed DSBs for mating type switching. Applying Rad52 SPI-seq to fission yeast mutants defective in DNA helicase Pfh1 or histone H3K56 deacetylase Hst4 led to global views of DNA lesion hotspots emerging in these mutants. We also found serendipitously that histone dosage aberration can activate retrotransposon Tf2 and cause the accumulation of a Tf2 cDNA species bound by Rad52. SPI-seq should be widely applicable for mapping sites of DNA damage and uncovering the causes of genome instability.
