Inherent mosaicism and extensive

题目Inherent mosaicism and extensive mutation of human placentas

阅读日期2022/7/27发表日期

作者(学校)Tim H. H. Coorens1,10, Thomas R. W.

  Oliver1,2,10, Rashesh Sanghvi1, Ulla Sovio3, Emma Cook3, Roser Vento-Tormo1,

  Muzlifah Haniffa1,4,5, Matthew D. Young1, Raheleh Rahbari1, Neil Sebire6,7,

  Peter J. Campbell1, D. Stephen Charnock-Jones3,8,11 ✉, Gordon C. S. Smith2,3,8,11 

  & Sam Behjati

Diohttps://www.nature.com/articles/s41586-021-03345-1

作者介绍Tim H. H他的研究重点是使用体细胞突变来追踪正常的人类发育和儿童癌症的起源。他的工作涉及对人体组织中体细胞突变的模式进行编目，并重建早期胚胎发育的系统发育。他还表明，人类胎盘可以耐受大量的基因组损伤，并且Wilms肿瘤通常来自早期的胚胎前体克隆

摘要胎盘可以表现出胎儿所没有的染色体畸变。这种被称为局限性胎盘镶嵌的基因分离的基础仍然未知。在这里，我们利用86个大块胎盘样本（中位数重量为28毫克）和106个胎盘组织微切片的全基因组测序，调查了由体细胞突变重建的人类胎盘细胞的系统发育。我们发现，每个大块胎盘样本都代表了一个在基因上不同的克隆扩展，并在突变负担和突变印记方面表现出类似于儿童癌症的基因组景观。据我们所知，与迄今为止研究的任何其他健康人体组织不同，胎盘基因组经常包含拷贝数的变化。我们重建了同一次怀孕的组织之间的系统发育关系，这表明发育瓶颈通过分离滋养层系和来自内部细胞团的系，在基因上隔离了胎盘组织。值得注意的是，在一些情况下，胎盘系和来自内部细胞团的系完全分离--在颧骨的几个细胞分裂中就分离了。这种早期的胚胎瓶颈可能使子宫内的非整倍体正常化。我们在一个镶嵌三体拯救的案例中观察到这一现象的直接证据。我们的研究结果揭示了胎盘组织中广泛的诱变作用，并表明镶嵌现象是胎盘发育的一个典型特征

过往研究 

思维导图

结论大量胎盘样本中的体细胞突变

在大量胎盘样本中发现了高替代负荷。这是一个不同寻常的结果。大块健康组织是多克隆的(也就是说，包含成千上万的远亲细胞或小克隆群)，通常，在这种组织中唯一明显的体细胞突变是一个或两个合子后变异，代表早期胚胎的细胞分裂6-8。然而，在大量胎盘样本中，我们发现平均有145个替换(范围38-259)。平均而言，每个大样本中胎盘突变的等位基因变异频率中位数(VAF)为0.24(范围为0.15-0.44)。由于携带置换的细胞比例可以通过加倍VAF来估计，这表明突变遍及约50%的细胞。相比之下，脐带样本不包含可检测的克隆扩增

我们在大量胎盘样本中发现了高替代负荷(图1b)。这是一个不同寻常的结果，因为——据我们所知——迄今为止，还没有其他研究的大块健康人体组织包含可通过全基因组测序检测到的克隆。大块健康组织是多克隆的(也就是说，包含成千上万的远亲细胞或小克隆群)，通常，在这种组织中唯一明显的体细胞突变是一个或两个合子后变异，代表早期胚胎的细胞分裂6-8。然而，在大量胎盘样本中，我们发现平均有145个替换(范围38-259)。平均而言，每个大样本中胎盘突变的等位基因变异频率中位数(VAF)为0.24(范围为0.15-0.44)。由于携带置换的细胞比例可以通过加倍VAF来估计，这表明突变遍及约50%的细胞(图1c)。相比之下，脐带样本不包含可检测的克隆扩增

滋养层克隆支持镶嵌现象

早期胚胎中的细胞分配偏差

胎盘组织块的接种代表了一个遗传瓶颈，通过测量早期胚胎突变的VAFs来评估早期胚胎谱系在胎盘组织和来源于内细胞团的组织中的分布，最早的合子后突变表现出跨内细胞团和滋养外胚层谱系的不对称VAF。胎盘组织和脐带谱系之间没有共同的突变，这与受精卵第一次细胞分裂时发生的完全分裂一致。总之，这些数据表明，在大约一半的胎盘中至少存在一个瓶颈，这可能会分离胎盘和胎儿谱系之间最初几个细胞分裂中出现的基因组改变。

早期瓶颈使三体救援成为可能。额外的染色体是母性的，丢失的染色体是父性的，所以胎儿是整倍体，伴有单亲(母体)二体。

滋养层细胞的突变景观

方法对来自37个足月胎盘的86个大体积胎盘样本的全基因组进行了测序。同时对来自内细胞团和母体血液的脐带组织进行了测序，这些样本是通过妊娠结局预测研究(胎盘组织的前瞻性收集和大量临床数据)获得的。我们研究了每个胎盘至少两个独立的小叶。我们包括了典型进展妊娠的胎盘，以及与一个或多个异常参数相关的复杂妊娠的胎盘。通过一个经过广泛验证的变体调用管道来识别每个组织的体细胞突变，该管道提供了高灵敏度和特异性。我们对突变负担估计进行灵敏度校正，以调整样本序列覆盖和克隆结构的变化，滋养层簇具有单克隆性

讨论计算了两种成分的显微解剖的成对遗传接近分数。这个分数代表了一对显微切片之间共有的总突变的比例。来自同一大块样品的成对滋养层簇或间充质核的低分数表明它们的前体细胞在发育早期分化

贡献

感悟镶嵌现象：镶嵌现象是指从单一受精卵发育而成的同一个体的细胞有不同的遗传组成、染色体结构或染色体数目的现象

VAF的全称是Variant

  Allele Frequency（变异等位基因频率）或Variant Allele Fraction（变异等位基因分数）。简单来说就是在基因组某个位点支持alternate/mutant allele的reads覆盖深度占这个位点总reads覆盖深度的比例

MAF的全称是Minor

  Allele Frequency（次等位基因频率），是群体遗传学中的概念。MAF描述的是群体中丰度次高（第二高）的allele的频率。打个比方，在1000个人的群体中，某个位点有3种碱基类型：A、C、G。其中A碱基的频率是0.6，C碱基频率0.3，G碱基频率0.1，那么次等位基因频率指的就是C碱基的频率0.3。MAF可以用来区分某个allele是常见的多态性还是稀有变异。

肿瘤纯度（tumor purity）指的是样本中肿瘤细胞占所有细胞的比例。因为取样过程很难保证取到的所有细胞都是肿瘤细胞，并且混杂的正常体细胞会对后续的分析产生影响（比如基因的表达水平），因此在生物信息学分析中最好计算肿瘤纯度并做相应的校正。常用的估算肿瘤纯度的生物信息学工具有：ABSOLUTE、PyClone、SciClone、EXPANDS、ESTIMATE等。

MCF（Mutant Cell

  Fraction）指的是包含某个SNV的细胞比例。在简化模型下——不考虑CNV，并且是二倍体杂合SNV的时候，MCF就是VAF的2倍

CCF（Cancer Cell

  Fraction）指的是肿瘤细胞中包含某个SNV的细胞所占比例。CCF和MCF之间也可以换算