甲基乙二醛通过Rev1相关滑移错配机制诱导线粒体单链DNA突变的分子机制研究

本研究揭示了甲基乙二醛(MG)通过Rev1聚合酶依赖的滑移错配机制导致单链DNA突变的分子途径。研究人员利用酵母模型结合全基因组测序技术，首次鉴定出MG诱导的cCg→G特征性突变模式，并证实该突变在多种癌症基因组中显著富集。该发现为理解内源性代谢产物导致的基因组不稳定性提供了新视角，对癌症发生机制和预防策略具有重要启示意义。

　　

甲基乙二醛(MG)作为糖代谢过程中产生的高活性醛类化合物，长期以来被视为糖尿病并发症和衰老相关疾病的关键致病因子。更令人担忧的是，现代高糖饮食和烟草烟雾等外源暴露进一步加剧了人体MG负荷。这种"双碳炸弹"能与DNA、蛋白质等生物大分子发生不可逆交联，形成糖基化终末产物(AGEs)。尽管已知MG优先与鸟嘌呤(G)形成加合物，但其在全基因组水平的诱变机制及其在癌症发生中的作用始终是未解之谜。

美国南卡罗来纳医科大学（Medical University of South Carolina）的研究团队在《Nucleic Acids Research》发表的重要研究中，创新性地采用温度敏感型cdc13-1酵母模型诱导全基因组单链DNA(ssDNA)暴露，结合glyoxalase Glo1缺陷株构建，首次系统解析了MG的基因组诱变规律。研究通过全基因组测序分析114个克隆突变株，运用TriMS生物信息学算法进行突变特征分析，并验证了MG突变在癌症基因组数据库(PCAWG)中的分布特征。

关键技术包括：温度敏感型酵母株诱导ssDNA形成、Can^RAde^-双重筛选系统、全基因组高通量测序、TriMS突变特征分析算法，以及国际癌症基因组联盟(ICGC)和PCAWG数据库的肿瘤突变谱比对。

MG强烈诱变单链DNA且依赖Glo1活性
研究发现5mM MG处理使glo1Δ菌株突变频率激增98倍，而氨基胍(AG)清除剂可显著抑制该效应。全基因组测序揭示91%突变集中在端粒30kb范围内的ssDNA区域，证实MG对ssDNA的特异性损伤。

MG产生cCg→G特征性突变模式
通过Plogo和TriMS分析发现，MG诱导的突变呈现独特的"邻近碱基复制"模式：突变的胞嘧啶(C)会复制下游(+1位)碱基，形成cCg→Gg等特征性改变。这种滑移错配机制在Rev1催化活性缺陷株中消失，暗示Rev1在模板重排中的核心作用。

Rev1依赖的滑移错配是主要诱变机制
rev3Δ菌株突变频率骤降18倍，而rev1-aa突变株反而出现突变谱改变，表明Rev1不仅参与跨损伤合成(TLS)，还通过促进复制滑移导致特征性突变。这种机制同样解释观察到的插入缺失(INDELs)和多碱基替换(MBSs)现象。

MG突变特征在癌症基因组广泛存在
对17种PCAWG癌症的分析显示，肝细胞癌(HCC)和肺腺癌(LUSC)中cCg→G突变负荷最高（中位数48-56个/基因组），且与吸烟史显著相关。更值得注意的是，这些肿瘤中INDELs频率与MG特征突变呈强相关性(r²=0.82)，提示共同诱变机制。

这项研究首次阐明MG通过Rev1介导的滑移错配机制产生特征性基因组突变，为理解代谢应激导致的基因不稳定性提供了分子框架。发现的cCg→G特征可作为癌症早期诊断的生物标志物，而Glo1抑制剂与Rev1调控剂的联合应用可能成为新型抗癌策略。该成果对预防高糖饮食和吸烟相关的癌症风险具有重要公共卫生意义。