Neuronal DNA double-strand breaks lead to genome structural variations and 3D genome disruption in neurodegeneration

生物 神经退行性变 基因组 基因 遗传学 DNA修复 DNA损伤 DNA 计算生物学 细胞生物学 疾病 医学 病理
作者
Vishnu Dileep,Carles A. Boix,Hansruedi Mathys,Asaf Marco,Gwyneth Welch,Hiruy S. Meharena,Anjanet Loon,Ritika Jeloka,Zhuyu Peng,David A. Bennett,Manolis Kellis,Li‐Huei Tsai
出处
期刊:Cell [Cell Press]
卷期号:186 (20): 4404-4421.e20 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.cell.2023.08.038
摘要

Persistent DNA double-strand breaks (DSBs) in neurons are an early pathological hallmark of neurodegenerative diseases including Alzheimer's disease (AD), with the potential to disrupt genome integrity. We used single-nucleus RNA-seq in human postmortem prefrontal cortex samples and found that excitatory neurons in AD were enriched for somatic mosaic gene fusions. Gene fusions were particularly enriched in excitatory neurons with DNA damage repair and senescence gene signatures. In addition, somatic genome structural variations and gene fusions were enriched in neurons burdened with DSBs in the CK-p25 mouse model of neurodegeneration. Neurons enriched for DSBs also had elevated levels of cohesin along with progressive multiscale disruption of the 3D genome organization aligned with transcriptional changes in synaptic, neuronal development, and histone genes. Overall, this study demonstrates the disruption of genome stability and the 3D genome organization by DSBs in neurons as pathological steps in the progression of neurodegenerative diseases.

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