HPV整合研究新进展发表时间：2024-04-20 16:02 宫颈癌（CC）每年在全球导致超过311,000人死亡。人乳头瘤病毒（HPV）整合入人的基因组是宫颈癌发生的关键遗传学事件。尽管已知HPV DNA的整合会破坏宿主与病毒基因组之间的基因组结构，但这一过程的详细机制至今未得到充分阐释。因此，深入解析HPV基因整合的详细机制对于理解宫颈癌的发生发展和寻找更有效的防控策略至关重要。  近日，来自华中科技大学同济医学院附属同济医院妇产科的科研团队在《BMC Genomics》杂志上发表了一篇题为《Long-read sequencing reveals the structural complexity of genomic integration of HPV DNA in cervical cancer cell lines》《长读长测序揭示宫颈癌细胞系中HPV DNA基因组整合的结构复杂性》的研究论文。 该研究利用长读长测序技术，首次详细描绘了HPV16和HPV18在宫颈癌细胞系中的整合模式，不仅提高了对HPV整合断点识别的准确性，还构建了复杂的整合基因组结构模型，为进一步了解HPV整合过程及其在宫颈癌发生中的作用提供了重要线索。  先前的研究曾通过靶向捕获NGS技术分析HPV的整合情况。本研究结果证实，在SiHa细胞系中，HPV16的DNA片段整合进了人类第13号染色体的间隔区，紧邻KLF5和LINC00392基因。同样地，在HeLa细胞系中，HPV18的DNA片段也整合进了人类第8号染色体的间隔区，紧邻CCAT1和CASC21基因。这些发现与先前的研究结果一致。 PacBio长读长测序技术成功揭示了SiHa细胞系中HPV16的整合位点。测序结果产生了总计194.18 Gb的碱基和8,381,208个序列数，N50序列数长度为34.81 kb。通过PacBio长读长测序，研究者识别出了两个HPV16的整合位点：3134-chr13:74,087,562和3384-chr13:73,788,866。这些位点的识别证明了PacBio长读长测序在有效识别HPV整合断点方面的准确性。此外，研究者还发现SiHa细胞系基因组中整合了HPV16的L1、L2、E1、E4、E5、E6和E7基因的完整序列，以及E2基因的部分序列。HPV16的整合在SiHa细胞系中发生了两次，其中一个片段整合到了人类基因组的chr13:73,788,866–74,087,562位置。研究者还观察到HPV16基因组在特定位置的缺失，并且HPV16片段以反向方向整合。这些发现表明HPV16的整合可能对整合位点附近的基因组结构稳定性产生影响。 图1 - HPV16在SiHa细胞系中复杂的整合基因组结构 对HeLa细胞系进行的PacBio长读长测序揭示了HPV18基因组的不完整整合。测序产生了总计211.38 Gb的碱基和7,932,747个序列数，N50序列数长度为40.24 kb。在8q24染色体上检测到了HPV18基因组的整合，整合位点与通过捕获测序NGS识别的位点一致。进一步分析构建了HeLa细胞系中的两种可能结构模型，揭示了HPV18整合过程中的片段删除和反向插入到人类基因组中。这些结果表明HPV18的整合导致了人类基因组的局部基因组扩增和重排。
图2 HPV18在HeLa细胞系中复杂的整合基因组结构 为了探索SiHa细胞系中染色体13上基因表达水平变化与结构变异（SVs）之间的潜在关联，研究者分析了74个基因附近是否存在SVs。结果显示，大部分基因（50个中的67.57%）表现出SVs，这表明基因组事件与基因表达模式的变化之间存在潜在的相关性。这些发现为理解HPV整合如何影响宿主细胞基因表达提供了新的见解。 图3 SiHa细胞中SVs在染色体13上的差异表达基因中的分布 在整合断点附近，HPV基因组与人类基因组之间序列呈现出微同源性（MHs）。先前的一项研究表明，微同源性介导的重组（MMR）可能是HPV整合的机制。因此，研究者进一步进行了分析，以检查SiHa和HeLa细胞系中整合位点附近的HPV和人类基因组序列的特征，以确定整合事件是否与MMR相关。 在SiHa细胞中，研究者识别了两个HPV16的整合位点：HPV16:3134-chr13:74,087,562和HPV16: 3384-chr13:73,788,866。在HPV16: 3134-chr13:74,087,562的整合位点，观察到了一个微同源性“ATGC”片段。而在HPV16: 3384-chr13:73,788,866的整合位点，发现了微同源性“TATT”片段。这些微同源性片段的存在支持了微同源性介导的重组（MMR）可能是HPV整合的潜在机制。 在HeLa细胞系中，研究者识别了四个HPV18的整合位点：HPV18: 2498-chr8: 128,241,546，HPV18: 3101-chr8: 128,233,367，HPV18: 5735-chr8: 128,230,629和HPV18: 7857-chr8: 128,234,255。在HPV18: 2498-chr8: 128,241,546的整合位点，观察到了一个微同源性“TAAC/TACA”片段。HPV18: 5735-chr8: 128,230,629的整合位点展示了一个微同源性“ATAA”片段。在HPV18: 7857-chr8: 128,234,255的整合位点，观察到了一个“TACT/TACA”片段，而在HPV18: 3101-chr8: 128,233,367的整合位点则未发现微同源性片段。这些微同源性片段的发现为理解HPV18整合的分子机制提供了新的线索。
图4 SiHa和HeLa细胞中HPV整合机制 在本研究中，作者利用PacBio长读长测序技术，成功构建了高分辨率的复杂模型，展示了HPV16和HPV18在SiHa和HeLa细胞系中的整合基因组结构。这一研究充分证明了长读长测序技术在检测宿主细胞内病毒基因组整合结构方面的巨大价值。这些发现为深入理解HPV16和HPV18的复杂整合过程提供了重要启示，有助于更全面地揭示宫颈癌发生的分子机制。 ▶注：图文仅供读者学习、借鉴与欣赏，不作为投资建议，不得用于商业用途，如涉及作品内容或版权问题，请在30日内联系删除。
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