Genome-wide detection of UV DNA damage by single molecule real time sequencing

通过单分子实时测序全基因组检测 UV DNA 损伤

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): UV radiation is the leading environmental cause of skin cancers. However, despite the known etiological effects of UV exposure, methods for detecting initial UV-DNA damage and the mutational processes that follow are severely limited. There is an urgent need for a high-throughput method that can directly detect UV-DNA damage at the genome level in human cells. Here, we propose to develop a new method based on damaged DNA immunoprecipitation (DDIP) enrichment followed by single- molecule, real-time (SMRT) DNA sequencing. The development of DDIP-SMRT seq will have a major impact on our ability to directly assess the effects of UV-radiation and other environmental DNA damaging agents on cellular DNA. To develop DDIP-SMRT seq, we propose two aims. In aim 1, we will first determine the kinetic signatures of UV-induced DNA damage by SMRT DNA sequencing. In particular, we will derive the polymerase kinetic signatures for cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) and the pyrimidine (6-4) pyrimidone photoproducts (6-4) PPs formed by UV-radiation. In aim 2, we will use the kinetic signatures to directly detect CPDs and (6-4) PPs in UV-exposed melanocytes. The DDIP-enriched DNA fragments from the melanocytes will serve as templates for SMRT DNA sequencing of both strands. The kinetic analysis algorithms will be optimized to enable sensitive and accurate detection of the UV-DNA damage sites at the whole-genome level. Together, these aims will transform our understanding of how solar UV radiation, the most common human cancer etiological agent, leads to skin cancer and will facilitate new cancer-prevention strategies. Once developed, the DDIP-SMRT seq method can be extended to study the effects of other environmental carcinogens.
描述(由申请人提供):紫外线辐射是导致皮肤癌的主要原因。然而,尽管已知紫外线照射的病因学影响,但检测初始 UV-DNA 损伤和随后的突变过程的方法受到严重限制。迫切需要一种能够在人类细胞基因组水平上直接检测UV-DNA损伤的高通量方法。在这里,我们建议开发一种基于受损 DNA 免疫沉淀 (DDIP) 富集和单分子实时 (SMRT) DNA 测序的新方法。 DDIP-SMRT seq 的开发将对我们直接评估紫外线辐射和其他环境 DNA 损伤剂对细胞 DNA 影响的能力产生重大影响。为了开发 DDIP-SMRT seq,我们提出了两个目标。在目标 1 中,我们将首先通过 SMRT DNA 测序确定紫外线诱导的 DNA 损伤的动力学特征。特别是,我们将推导出由紫外线辐射形成的环丁烷嘧啶二聚体 (CPD) 和嘧啶 (6-4) 嘧啶酮光产物 (6-4) PP 的聚合酶动力学特征。在目标 2 中,我们将使用动力学特征直接检测紫外线暴露的黑素细胞中的 CPD 和 (6-4) PP。来自黑素细胞的富含 DDIP 的 DNA 片段将作为两条链 SMRT DNA 测序的模板。动力学分析算法将得到优化,以便能够在全基因组水平上灵敏、准确地检测 UV-DNA 损伤位点。总之,这些目标将改变我们对太阳紫外线辐射(最常见的人类癌症病因)如何导致皮肤癌的理解,并将促进新的癌症预防策略。一旦开发完成,DDIP-SMRT seq 方法就可以扩展到研究其他环境致癌物的影响。

项目成果

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