基因组DNA承载着遗传信息，但在生命活动过程中受到代谢环境和外界因素的影响，其化学结构也持续发生动态变化，产生类型各异的损伤。脱碱基位点（AP 位点）是最常见的DNA损伤类型之一，也是DNA损伤与修复网络中的重要节点，其异常积累或错误修复可能导致DNA复制和转录受阻、基因突变及基因组不稳定。然而，由于AP位点在基因组中丰度低、化学性质不稳定，同时检测过程中容易受到非特异性背景信号的干扰，长期以来，在复杂哺乳动物细胞基因组中实现高保真、单核苷酸分辨的AP位点定位仍面临巨大挑战。

近日，william威廉中文官网赵美萍课题组成功攻克这一难题，开发了一种全新的AP位点测序技术——DEPACE-seq（Dual-End PAB-Conjugated Endonuclease IV-Cleaved Sequencing），通过AP位点特异性化学捕获、Endo IV定点酶切以及双端信号交叉验证，实现了哺乳动物细胞基因组中AP位点的精确定位，绘制出人源基因组AP位点的损伤图谱并揭示其动态特征（图1）。

图1. DEPACE-seq通过“化学捕获—酶切定位—双端交叉验证”实现AP位点精准解析

AP位点测序的第一道难关是如何从复杂基因组背景中准确识别和分离出极低丰度的含AP损伤DNA序列。针对这一问题，研究团队设计合成了含生物素的AP位点特异性化学探针PAB（图2a）。该探针能够通过温和的Pictet–Spengler反应与AP位点发生选择性偶联，将原本不稳定的AP位点转化为稳定的PAB-AP加合物，从而为后续的分离富集和测序提供基础。研究团队进一步发现大肠杆菌来源的内切酶 IV（Endo IV）能够高效识别并切割PAB修饰后的AP位点。分子动力学模拟表明，Endo IV较为开放的β-桶状结构能够容纳体积较大的PAB修饰，同时保持其催化所需的结构构象（图2b）。这一发现使AP位点的“化学捕获”和“酶切定位”得以有效结合（图2c）。基于上述发现，研究团队建立了DEPACE-seq技术（图2d）。该方法首先利用PAB对基因组中的AP位点进行特异性标记，随后通过Endo IV特异性切割产生定位明确的DNA末端。将带有标记的切割产物序列与基因组背景分离后，从切割位点的两端分别构建测序文库。通过对两个独立文库产生的测序信号进行交叉验证，仅保留能够在同一基因组位置获得对应信号的位点，从而有效排除了随机DNA断裂和文库构建过程产生的非特异性背景，实现AP位点的高可信、单核苷酸分辨率定位。

图2. 基于PAB化学标记/Endo IV酶切定位的DEPACE-seq原理及AP位点精准测序流程

将DEPACE-seq应用于人源细胞，对全基因组AP进行测序发现，AP位点在不同基因组功能区域的分布呈现明显差异（图3a,b）。在正常条件下，AP位点在编码区、外显子、启动子以及转录起始位点附近表现出一定程度的富集；在DNA损伤诱导条件下，AP位点的丰度及基因组分布也会发生相应变化（图3c）。值得关注的是，研究进一步揭示了基因组中存在两类具有不同特征的AP位点群体。一类AP位点与瞬时DNA损伤及修复过程密切相关，会随损伤诱导和修复过程发生动态变化，并倾向于分布在转录活跃区域（图3d）；另一类AP位点则表现出较为稳定的长期存在特征，主要富集于基因间区域和卫星重复序列，并在不同细胞类型中呈现一定的细胞类型依赖性（图3e）。这些发现表明，AP位点并非仅仅是碱基切除修复过程中短暂存在的中间体，其中一部分AP损伤可能在特定基因组区域长期存在。该研究将选择性化学捕获、酶学识别与高分辨率测序相结合，建立了从DNA损伤分子识别到基因组尺度精准定位的方法体系，为解析AP位点的形成、修复与长期存在规律提供了新的技术工具；同时，DEPACE-seq所揭示的动态与长期存在AP位点景观，也为深入理解DNA损伤与基因组稳定性、衰老及癌症等生命过程之间的关系提供了新的研究视角。

图3. DEPACE-seq揭示人基因组AP位点的区域分布特征及动态、长期存在的两类损伤景观

上述研究成果于2026年8月6日在线发表于《核酸研究》（Nucleic Acids Research）期刊，题为“DEPACE-seq enables high-fidelity, single-nucleotide-resolution mapping of abasic sites and characterization of dynamic and long-lived AP landscapes in mammalian genomes”。william威廉中文官网赵美萍教授为该论文的通讯作者，在读博士生吴航锐、已毕业博士王嘉禹和在读博士生祝晨旭为该论文的共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金和北京分子科学国家研究中心的资助与支持。

原文链接：

https://academic.oup.com/nar/article/54/14/gkag784/8753005

排版：高杨

审核：牛林，刘志博