年龄增长过程中往往伴随着体细胞突变(Somatic mutation)的逐步积累,其被认为是衰老相关疾病的重要驱动因素。但以百岁老人为代表的长寿人群却在高龄之际仍具有较良好的生存状态,这与极端高龄时突变大量积累进而诱发衰老相关疾病这一推论相矛盾。一种可能的解释是百岁老人具有独特的体细胞突变分布模式,逃避了与人类健康和生存密切相关的基因组区域中的有害突变事件。
为对该假设进行检验,孔庆鹏团队联合重庆医科大学寸玉鹏团队对来自73名女性百岁老人和51名女性对照个体的外周血样本开展了全基因组测序。虽然百岁老人携带的基因组体细胞突变数目相比对照无明显差异,但是百岁老人携带突变的有害程度显著小于对照,且百岁老人在具备功能的基因组区域(如转录调控相关区域、转录活性区域、人类必需基因)普遍携带较少的突变。有趣的是,研究发现基因组上存在着一批长寿人群特异的极度保守区域(centenarian-specific mutation-free region,CSM-FR),表现为百岁老人在此处并不发生体细胞突变,但在对照人群中却易发突变,分析显示这些区域功能相对重要。这提示百岁老人在与人类健康密切相关的功能区域对有害突变进行了规避。
进一步分析发现CSM-FR区域更倾向于分布在DNA损伤修复的热点区域,而且突变特征分析(Mutational signature analysis)显示百岁老人的体细胞突变较少来源于修复缺陷。结合样本匹配的转录组,研究人员发现百岁老人的DNA修复相关基因的整体表达水平显著上升。这些证据显示较强的损伤修复能力可能是百岁老人在这些关键区域规避突变的原因。
本研究通过全基因组测序揭示了百岁老人体细胞突变具有风险规避这一特征。相关论文“Scrutiny of genome-wide somatic mutation profiles in centenarians identifies the key genomic regions for human longevity”于7月3日发表在衰老领域专业期刊Aging Cell(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/acel.13916)。中科院昆明动物研究所的王昊天为第一作者,中科院昆明动物所孔庆鹏研究员、肖富辉副研究员和重庆医科大学附属儿童医院寸玉鹏研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、中科院西部之光、国家自然科学基金、春城计划等项目的支持。
图.本研究结果示意:百岁老人基因组存在着特异的突变规避区域(CSM-FR)