肿瘤来自基因突变，这是人体衰败的主因，也是人类进化的根源。人体内外因素一直驱动着肿瘤基因组发生体细胞突变，并在这一过程中形成了具有特征性的突变标签集。我们今天的主角APOBEC3就与癌症中一些最普遍的突变特征有关。
载脂蛋白BmRNA编辑酶催化多肽(apolioproteinBmRNA-editingenzymecatalyticpolypeptide,APOBEC)家族是一类高效的胞苷脱氨酶，能够特异催化基因组中的胞嘧啶变为尿嘧啶（CU），其转录可被促炎症细胞因子和趋化因子激活，并在人体的固有和获得性免疫机制中发挥重要作用，在慢性炎症条件下，APOBEC家族表达异常，会误伤人类基因组引发APOBEC突变特征。
早期对肿瘤基因组突变模式的研究表明，胞嘧啶突变通常存在于TCN（N代表ATCG中任意核苷酸）序列部分，而通过来自肿瘤基因组的单碱基替换（single-basesubstitutions，以下简称SBS）可显示出APOBEC相关胞嘧啶突变的两类不同突变特征：非聚集型（SBS2和SBS13）和聚集型（kataegis和omikli）。
目前的研究表明，已在超过70%的肿瘤类型和约50%的肿瘤基因组中发现了APOBEC相关的突变特征，特别是在乳腺癌和膀胱癌中尤为突出。但是，内源性APOBEC3与人类癌症基因组突变特征之间的关系尚不明晰。
近日，美国MIT和哈佛大学的MiaPetljak等人在Nature上发表了文章MechanismsofAPOBEC3mutagenesisinhumancancercells，建立了二者之间的联系。
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肿瘤细胞中APOBEC突变
为了研究APOBEC3诱变的机制，作者从一系列癌细胞系中分别敲除了APOBEC3A和APOBEC3B基因，发现这些癌细胞系随着时间的推移都产生了APOBEC3相关突变，并且APOBEC3B是靶向线性和发夹结构的胞嘧啶脱氨酶的主要来源。
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细胞系的突变以胞嘧啶碱基的全基因组替换数(y轴)表示，被划分为48种可能的三核苷酸序列
另外，作者还进一步分析了APOBEC3相关的突变特征。对来自个乳腺癌、膀胱癌和淋巴瘤癌细胞系克隆的全基因组序列突变特征的分析表明，APOBEC3A的敲除减少了APOBEC3相关的SBS2和SBS13a/b突变特征。
与之相反，尽管APOBEC3B在所有细胞系中与APOBEC3A相比具有更高的表达和脱氨酶活性，但APOBEC3B的敲除并没有显著减少SBS2和SBS13a/b类型突变，反而增加了APOBEC3A蛋白水平、活性和APOBEC3A介导的诱变。
另外，作者还通过研究肿瘤细胞中APOBEC3对kataegis（聚焦链协同超突变）和omikli（弥漫性超突变）的影响最终确定了APOBEC3A是突变的主要驱动因素，这些数据都表明了内源性APOBEC3脱氨酶参与人类癌细胞的突变。
APOBEC3突变机制
APOBEC3相关突变主要为SBS2和SBS13a/b。SBS2的特征是CT突变，而SBS13的特征是CG和CA突变，APOBEC3生成的尿嘧啶的加工过程可能决定了产生的突变类型。而作者认为尿嘧啶的复制可能导致CT突变，从而导致SBS2。
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从SBSs中提取的APOBECs相关突变特征片段
而通过糖基化酶（如UNG或SMUG1）切除尿嘧啶，然后再进行TLS（translesionDNAsynthesis），可能导致CT、CG和CA突变，从而产生SBS2和SBS13的组合。为了直接评估UNG和SMUG1对癌细胞中SBS2和SBS13a/b产生的影响，研究人员在BC-1细胞中表达UNG-GFP、在BT-细胞中CRISPR-Cas9删除SMUG1、在BT-和MDA-MB-细胞中删除UNG。
结果表明在BRCA细胞系子代克隆中，UNG的缺失降低了TCN环境中CA和CG突变的相对比例，而BC-1细胞中GFP-UNG的表达增加了BC-1子代克隆中这些突变类型的比例，SBS13a/b突变减少，但未被消除。
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编辑切换为居中UNG和REV1在癌症中APOBEC3突变的产生中起着关键作用
这些结果表明UNG将全基因组APOBEC3脱氨酶活性与转位突变联系了起来。UNG的缺失导致MDA-MB-细胞中APOBEC3相关突变和其他整体聚集突变的减少，但UNG活性与聚集突变的精确机制还需要进一步研究。
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APOBEC3脱氨酶驱动人类癌细胞中聚集型突变的获得
而SMUG1缺失会导致TCN环境中CA突变相对于CG突变比例更高，SBS13b增加。联系到在UNG敲除的子代克隆中观察到的持续CG/A突变，以上这些结果表明SMUG1可能切除APOBEC3介导的尿嘧啶碱基，且SMUG1可以代替UNG修复U:G基因组缺口。
同时，为了评估TLS对SBS2和SBS13a/b的影响，作者还在BRCA细胞系中构建了REV1特异性敲除细胞，发现REV1敲除子细胞中SBS2和SBS13a/b突变减少。
在REV1敲除子基因中CG比例的降低可能反映了REV1脱氧胞苷转移酶活性的丧失，而SBS2和SBS13a/b的负担减少可能是由于REV1失去了作为其他Y家族聚合酶协调的支架的非催化作用。这些结果直接将REV1与人类癌细胞基因组中APOBEC3介导的突变特征的产生联系起来。除了APOBEC3相关突变外，在来自两个BRCA细胞系的REV1敲除子细胞中，发生在APOBEC3相关序列之外的其他SBS和聚集突变的负担分别减少。这些观察结果表明REV1调节了各种SBS类型。
此外，REV1敲除细胞的增殖、克隆存活、APOBEC3A蛋白水平或APOBEC3催化活性下降并不一致，REV1敲除细胞也没有表现出细胞周期动力学改变或DNA损伤增加。
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REV1敲除细胞APOBEC3A蛋白水平或APOBEC3催化活性降低
而且对带有和不带有APOBEC3特征突变的细胞系进行的全基因组Drop-outCRISPR筛选分析未能显示在含有SBS2/13突变的癌细胞系中对REV1的依赖性增加。这些结果表明，REV1在SBS2和SBS13的产生中发挥了关键作用，并且内源性REV1活性有助于基因突变。
总结
APOBEC3家族的胞嘧啶脱氨酶与癌症中一些普遍的突变特征有关，但内源性APOBEC3与人类癌症基因组突变特征之间的因果关系尚未明确。
作者通过对人类肿瘤细胞的多重关联研究发现APOBEC3A的缺失是APOBEC3突变的主要驱动因素，其缺失可导致APOBEC3相关突变水平降低；而APOBEC3B的缺失会增加APOBEC3A的蛋白水平、活性以及APOBEC3A介导的突变。
此外，研究数据表明，UNG和REV1依赖性TLS与人类肿瘤细胞中APOBEC3诱导的突变有关，尿嘧啶糖基化酶UNG是APOBEC3介导的转化所必需的，内源性REV1的缺失会降低细胞整体突变水平。
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