ミスマッチ修復遺伝子MSH-2のRNAI誘導ノックダウンにさらされた義務的に露出するカエノルハビ炎エレガン炎変異蓄積株の突然変異率とスペクトル

原核生物や真核生物種が共有する進化的に保存された修復経路であるDNAミスマッチ修復（MMR）は、不一致を検出および修正することにより分子の進化に影響を与え、それによって遺伝的忠実度を保護し、変異負荷を減らし、致死を予防します。ここでは、Caenorhabditis elegans Male-Female Fog-2（LF）系統におけるMUTSαホモログMSH-2の障害活性の下での変異率とスペクトルの変化の最初のゲノムワイド評価を実施します。MSH-2のRNAI誘導ノックダウンの下で最大50世代にわたって突然変異蓄積（MA）を実行し、その後、19 MA系統と先祖のコントロールの次世代シーケンスが続きました。男性と女性のバックグラウンドのMSH-2障害は、野生型雌雄同体と比較して、核塩基置換（〜23×）および小さなインデル（〜328×）の頻度を大幅に増加させました。ただし、mtDNAの突然変異速度​​には増加せず、単一コピー遺伝子のコピー数の変化は観察されませんでした。MMR障害下でRDNA遺伝子のコピー数変動が著しく増加しました。C. elegansでは、MSH-2修復はトランジョンよりも効率的に移行し、野生型と比較して突然変異バイアスを増加させます。シーケンスの複雑さ、G+Cコンテンツ、および隣接ベースを含むローカルシーケンスコンテキストは、突然変異率に影響しました。X染色体は、性別特異的変異率または染色体間の可変部位の非random分布に起因する可能性がある、常染色体よりも低い置換とインデル率が高いことを示しました。変異パターンの観察された違いが主にMMR障害によるものである場合、我々の結果は、MMRの特異性が分類群間で変化し、原核生物と比較して真核生物の小さなインデルの検出と修復においてより効率的であることを示しています。

DNA mismatch repair (MMR), an evolutionarily conserved repair pathway shared by prokaryotic and eukaryotic species alike, influences molecular evolution by detecting and correcting mismatches, thereby protecting genetic fidelity, reducing the mutational load, and preventing lethality. Herein we conduct the first genome-wide evaluation of the alterations to the mutation rate and spectrum under impaired activity of the MutSα homolog, msh-2, in Caenorhabditis elegans male-female fog-2(lf) lines. We performed mutation accumulation (MA) under RNAi-induced knockdown of msh-2 for up to 50 generations, followed by next-generation sequencing of 19 MA lines and the ancestral control. msh-2 impairment in the male-female background substantially increased the frequency of nuclear base substitutions (∼23×) and small indels (∼328×) relative to wildtype hermaphrodites. However, we observed no increase in the mutation rates of mtDNA, and copy-number changes of single-copy genes. There was a marked increase in copy-number variation of rDNA genes under MMR impairment. In C. elegans, msh-2 repairs transitions more efficiently than transversions and increases the AT mutational bias relative to wildtype. The local sequence context, including sequence complexity, G + C-content, and flanking bases influenced the mutation rate. The X chromosome exhibited lower substitution and higher indel rates than autosomes, which can either result from sex-specific mutation rates or a nonrandom distribution of mutable sites between chromosomes. Provided the observed difference in mutational pattern is mostly due to MMR impairment, our results indicate that the specificity of MMR varies between taxa, and is more efficient in detecting and repairing small indels in eukaryotes relative to prokaryotes.