Duplex sequencing identifies genomic features that determine susceptibility to benzo(a)pyrene-induced in vivo mutations

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dc.contributor.author

LeBlanc, Danielle P.M.

Meier, Matthew

Yin Lo, Fang

Schmidt, Elizabeth

Valentine III, Charles

Williams, Andrew

Salk, Jesse J.

Yauk, Carole L.

Marchetti, Francesco

dc.date.accessioned

2024-02-22T19:21:00Z

dc.date.available

2024-02-22T19:21:00Z

dc.date.issued

2022-07-28

dc.description - en

Health Canada (HC) is responsible for protecting Canadians from potential health risks associated with exposure to new and existing chemicals. Exposure to harmful chemicals can cause changes in the genetic code (i.e., DNA mutations) that may lead to cancer and other genetic diseases. The existing “gold-standard” method for determining whether a chemical induces mutations is the transgenic rodent (TGR) assay that uses genetically modified laboratory rodents (eg, MutaMouse). TGR mice contain a bacterial gene in every cell in the body that is used to measure mutations; however, what happens in the bacterial gene may not accurately reflect what occurs in the mouse DNA. For this reason, in collaboration with Twinstrand Biosciences, HC scientists have implemented an advanced Next Generation Sequencing method, namely Duplex Sequencing, to measure mutations in the MutaMouse DNA after exposure to a potent chemical mutagen, benzo(a)pyrene (BaP). The results showed that Duplex Sequencing was as effective as the TGR assay in detecting mutations induced by various doses of BaP. Unlike the traditional TGR assay, Duplex Sequencing generated detailed information on the types of induced DNA mutations and provided further details on how different regions of the MutaMouse DNA responded to BaP exposure. This additional information can be used to better inform regulatory decisions on the risk associated with a particular exposure. Overall, the results of this study demonstrate the utility of Duplex Sequencing to measure chemically-induced mutations and modernize the way chemicals are tested for mutagenicity for regulatory purposes.

dc.description.abstract - en

Exposure to environmental mutagens increases the risk of cancer and genetic disorders. We used Duplex Sequencing (DS), a high-accuracy error-corrected sequencing technology, to analyze mutation induction across twenty 2.4 kb intergenic and genic targets in the bone marrow of MutaMouse males exposed to benzo(a)pyrene (BaP), a widespread environmental pollutant. DS revealed a linear dose-related induction of mutations across all targets with low intra-group variability. Heterochromatic and intergenic regions exhibited the highest mutation frequencies (MF). C:G > A:T transversions at CCA, CCC and GCC trinucleotides were enriched in BaP-exposed mice consistent with the known etiology of BaP mutagenesis. However, GC-content had no effect on mutation susceptibility. A positive correlation was observed between DS and the “gold-standard” transgenic rodent gene mutation assay. Overall, we demonstrate that DS is a promising approach to study in vivo mutagenesis and yields critical insight into the genomic features governing mutation susceptibility, spectrum, and variability across the genome.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

L'exposition à des mutagènes environnementaux augmente le risque de cancer et de troubles génétiques. Nous avons utilisé le séquençage duplex (DS), une technologie de séquençage de haute précision avec correction d'erreurs, pour analyser l'induction de mutations sur vingt cibles intergéniques et géniques de 2,4 kb dans la moelle osseuse de mâles MutaMouse exposés au benzo(a)pyrène (BaP), un agent répandu. polluant environnemental. DS a révélé une induction linéaire de mutations liée à la dose sur toutes les cibles avec une faible variabilité intra-groupe. Les régions hétérochromatiques et intergéniques présentaient les fréquences de mutation (MF) les plus élevées. Les transversions C:G > A:T au niveau des trinucléotides CCA, CCC et GCC ont été enrichies chez des souris exposées au BaP, ce qui correspond à l'étiologie connue de la mutagenèse du BaP. Cependant, la teneur en GC n’a eu aucun effet sur la susceptibilité aux mutations. Une corrélation positive a été observée entre le DS et le test de mutation génétique de rongeur transgénique « de référence ». Dans l’ensemble, nous démontrons que DS est une approche prometteuse pour étudier la mutagenèse in vivo et fournit des informations essentielles sur les caractéristiques génomiques régissant la susceptibilité, le spectre et la variabilité des mutations à travers le génome.

dc.description.fosrctranslation - fr

Santé Canada (SC) est responsable de protéger les Canadiens contre les risques potentiels pour la santé associés à l'exposition à des produits chimiques nouveaux et existants. L'exposition à des produits chimiques nocifs peut provoquer des modifications du code génétique (c'est-à-dire des mutations de l'ADN) pouvant conduire au cancer et à d'autres maladies génétiques. La méthode de référence existante pour déterminer si un produit chimique induit des mutations est le test sur les rongeurs transgéniques (TGR) qui utilise des rongeurs de laboratoire génétiquement modifiés (par exemple, MutaMouse). Les souris TGR contiennent un gène bactérien dans chaque cellule du corps qui est utilisé pour mesurer les mutations ; cependant, ce qui se passe dans le gène bactérien peut ne pas refléter avec précision ce qui se passe dans l'ADN de la souris. Pour cette raison, en collaboration avec Twinstrand Biosciences, les scientifiques de SC ont mis en œuvre une méthode avancée de séquençage de nouvelle génération, à savoir le séquençage duplex, pour mesurer les mutations dans l'ADN de MutaMouse après exposition à un mutagène chimique puissant, le benzo(a)pyrène (BaP). Les résultats ont montré que le séquençage duplex était aussi efficace que le test TGR pour détecter les mutations induites par diverses doses de BaP. Contrairement au test TGR traditionnel, le séquençage duplex a généré des informations détaillées sur les types de mutations d'ADN induites et a fourni des détails supplémentaires sur la façon dont différentes régions de l'ADN de MutaMouse ont répondu à l'exposition au BaP. Ces informations supplémentaires peuvent être utilisées pour mieux éclairer les décisions réglementaires sur le risque associé à une exposition particulière. Dans l’ensemble, les résultats de cette étude démontrent l’utilité du séquençage duplex pour mesurer les mutations induites chimiquement et moderniser la manière dont les produits chimiques sont testés pour leur mutagénicité à des fins réglementaires.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1186/s12864-022-08752-w

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/1968

dc.language.iso

en

dc.publisher

BMC

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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Duplex sequencing identifies genomic features that determine susceptibility to benzo(a)pyrene-induced in vivo mutations

dc.type - en

Article

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Article

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