The integrity of the genome is a fundamental determinant of cellular identity, cellular fitness, and interactions between a cell and its environment. The study of genome integrity is now a mature field, but one marked by continuous innovations in techniques, technology, and systems, both in vitro and in vivo. We present 42 methods and protocols to analyze diverse aspects of genome instability. Beginning in the realm of mutagenesis and repair, we present classic genetic assays to detect chromosome loss, mutation, and genome rearrangements, whole genome approaches to mapping base modifications and repair events, and a method for analyzing engineered base lesions in the genomic context. Methods to quantify and analyze the properties of DNA double-strand breaks include traditional and single-molecule approaches to measure double-strand break resection, and modern methods to map double-strand breaks at high resolution and high sensitivity. Given the importance of DNA replication errors as a source of genome instability, we include methods to profile replication, to probe replication and replication proteins strand specifically, to analyze replication intermediates at high resolution, and to specifically perturb DNA synthesis at specific sites. The increasing interest in the role of ribonucleotides and RNA–DNA hybrids in genome instability is reflected in methods to detect and map ribonucleotides and RNA-DNA hybrids. Techniques to study genome instability at specialized regions, in particular the telomeres and triplet nucleotide repeats, are presented and include molecular biological, genetic, and imaging-based methods. The application of imaging techniques to study genome instability has become common in the field. We present fluorescence microscopic techniques to detect and analyze genome instability, including single-molecule and single-cell analysis, as well as high-resolution methods to probe DNA structural properties. Finally, the contributions of genomic and proteomic approaches to identifying and defining genome instability pathways and networks are reflected in procedures for measuring cell fitness, protein interactions, gene and protein expression, protein-DNA interactions, and protein modifications, on a genome/proteome scale. Together, the methods and protocols here form a comprehensive resource for the discovery and analysis of the proteins and pathways that are critical for stable maintenance of the genome.

中文翻译：

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前言

基因组的完整性是细胞身份、细胞适应性以及细胞与其环境之间相互作用的基本决定因素。基因组完整性研究现在是一个成熟的领域，但其特点是在体外和体内的技术、技术和系统方面不断创新。我们提出了 42 种方法和协议来分析基因组不稳定性的各个方面。从诱变和修复领域开始，我们介绍了检测染色体丢失、突变和基因组重排的经典遗传分析方法，绘制碱基修饰和修复事件图谱的全基因组方法，以及分析基因组环境中工程碱基损伤的方法。量化和分析 DNA 双链断裂特性的方法包括测量双链断裂切除的传统和单分子方法，以及以高分辨率和高灵敏度绘制双链断裂图的现代方法。鉴于 DNA 复制错误作为基因组不稳定来源的重要性，我们包括了分析复制、特异性探测复制和复制蛋白链、以高分辨率分析复制中间体以及专门扰乱特定位点 DNA 合成的方法。核糖核苷酸和 RNA-DNA 杂交体在基因组不稳定性中的作用越来越受到关注，这反映在检测和绘制核糖核苷酸和 RNA-DNA 杂交体的方法中。介绍了在特定区域研究基因组不稳定性的技术，特别是端粒和三重核苷酸重复，包括分子生物学、遗传和基于成像的方法。应用成像技术来研究基因组不稳定性在该领域已变得普遍。我们提出了荧光显微技术来检测和分析基因组不稳定性，包括单分子和单细胞分析，以及探测 DNA 结构特性的高分辨率方法。最后，基因组和蛋白质组学方法对识别和定义基因组不稳定性途径和网络的贡献反映在测量细胞健康、蛋白质相互作用、基因和蛋白质表达、蛋白质-DNA 相互作用和蛋白质修饰的程序中，在基因组/蛋白质组尺度上. 总之，这里的方法和协议形成了一个全面的资源，用于发现和分析对稳定维持基因组至关重要的蛋白质和途径。我们提出了荧光显微技术来检测和分析基因组不稳定性，包括单分子和单细胞分析，以及探测 DNA 结构特性的高分辨率方法。最后，基因组和蛋白质组学方法对识别和定义基因组不稳定性途径和网络的贡献反映在测量细胞健康、蛋白质相互作用、基因和蛋白质表达、蛋白质-DNA 相互作用和蛋白质修饰的程序中，在基因组/蛋白质组尺度上. 总之，这里的方法和协议形成了一个全面的资源，用于发现和分析对稳定维持基因组至关重要的蛋白质和途径。我们提出了荧光显微技术来检测和分析基因组不稳定性，包括单分子和单细胞分析，以及探测 DNA 结构特性的高分辨率方法。最后，基因组和蛋白质组学方法对识别和定义基因组不稳定性途径和网络的贡献反映在测量细胞健康、蛋白质相互作用、基因和蛋白质表达、蛋白质-DNA 相互作用和蛋白质修饰的程序中，在基因组/蛋白质组尺度上. 总之，这里的方法和协议形成了一个全面的资源，用于发现和分析对稳定维持基因组至关重要的蛋白质和途径。以及探测 DNA 结构特性的高分辨率方法。最后，基因组和蛋白质组学方法对识别和定义基因组不稳定性途径和网络的贡献反映在测量细胞健康、蛋白质相互作用、基因和蛋白质表达、蛋白质-DNA 相互作用和蛋白质修饰的程序中，在基因组/蛋白质组尺度上. 总之，这里的方法和协议形成了一个全面的资源，用于发现和分析对稳定维持基因组至关重要的蛋白质和途径。以及探测 DNA 结构特性的高分辨率方法。最后，基因组和蛋白质组学方法对识别和定义基因组不稳定性途径和网络的贡献反映在测量细胞健康、蛋白质相互作用、基因和蛋白质表达、蛋白质-DNA 相互作用和蛋白质修饰的程序中，在基因组/蛋白质组尺度上. 总之，这里的方法和协议形成了一个全面的资源，用于发现和分析对稳定维持基因组至关重要的蛋白质和途径。在基因组/蛋白质组规模上的基因和蛋白质表达、蛋白质-DNA 相互作用和蛋白质修饰。总之，这里的方法和协议形成了一个全面的资源，用于发现和分析对稳定维持基因组至关重要的蛋白质和途径。在基因组/蛋白质组规模上的基因和蛋白质表达、蛋白质-DNA 相互作用和蛋白质修饰。总之，这里的方法和协议形成了一个全面的资源，用于发现和分析对稳定维持基因组至关重要的蛋白质和途径。