人类Polymerase δ校对缺陷隐性效应的发现：通过对POLD1突变正常细胞及癌细胞的突变分析

背景介绍

DNA修复的破坏是导致遗传性癌症的主要机制之一。POLD1和POLE的外显子区域中的杂合致病变异会影响清除酶的校对活性，导致癌症易感综合症，表现为胃肠多发性息肉、结直肠癌、子宫内膜癌等增加风险。目前普遍的解释是，这些清除酶活性的丧失与癌症的发展是通过增加体细胞突变率产生联系。然而，关于这一假设的具体验证仍存在争议，研究者通过分析一个携带POLD1突变家族成员派生的成纤维细胞克隆和亲子间的新生突变来探索这一问题。

论文来源

本研究由Maria A. Andrianova、Vladimir B. Seplyarskiy、Mariona Terradas等人完成，他们来自于Institute for Research in Biomedicine (IRB Barcelona)、Harvard Medical School、Catalan Institute of Oncology等多个科研机构。本研究成果发表于2024年的《European Journal of Human Genetics》杂志上。

研究工作流程

研究者聚焦于一个特定家族，其多个成员杂合性携带POLD1致病变异。研究首先对7名POLD1 L474P杂合体携带者及5名野生型家庭成员的基因组进行了测序。接着分析了三名POLD1不同宪法性致病变异携带者（L474P、D316H和S478N）发展出的肿瘤的外显子组或基因组。利用POLD1 L474P阳性和阴性家庭成员的单细胞来源成纤维细胞克隆文化约40代后，估计了杂合性POLD1 L474P在体细胞突变效应中的作用，并通过稳健的方法检测了新生生殖系突变。

研究主要发现

1. 杂合性POLD1 L474P在体细胞中导致的突变率仅轻微增加，但在相关癌症中，POLD1野生型拷贝的体细胞失活导致极高的突变率。
2. 在肿瘤的发育过程中涉及到POLD1野生型等位基因的体细胞失活。这些结果暗示，Polymerase δ的清除酶缺陷对突变率有隐性效应。
3. 通过比较家庭成员体细胞成纤维细胞克隆和孩子的新生突变，发现POLD1 L474P在生殖系和体细胞中都只轻微增加突变率。

研究结论及其意义

该研究展示了杂合性POLD1致病变异在人类体细胞和生殖细胞中对突变率的微小影响，即使这样的杂合体携带者倾向于发展成高度可变或超变的癌症。我们首次观察到癌症或腺瘤中的超变能力与POLD1野生型等位基因的体细胞丧失有关。这些在人类细胞和肿瘤中获得的结果与酵母和小鼠中讨论POLD1清除酶缺陷的隐性效应的广泛文献对应。

研究亮点

1. 研究方法新颖：采用单细胞衍生成纤维细胞克隆培养和健康家庭成员间基因组测序相结合的方法。
2. 发现重要性：揭示了癌症发展的一个新的可能机制，即POLD1的野生型等位基因的体细胞失活导致的突变率剧增。
3. 对未来临床工作具有指导意义：对POLD1变异进行分类时可能需要考虑瘤变相关性和突变签名SBS10D的出现。