eccDNA——科研最新热点
栏目:最新研究动态 发布时间:2020-05-21
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    近期,Nature与Cell相继发表文章讨论真人投注平台外环状DNA(eccDNA)。人体有基因组,包括22对常真人投注平台和1对性真人投注平台。 国加州大学圣地亚哥分校Ludwig癌症研究所的Paul Mischel教授领导的研究团队发现,大量的癌基因并不在真人投注平台上,而是会从真人投注平台上脱落下来,变成一种小型的DNA,称为真人投注平台外DNA(ecDNA),后被验证真人投注平台外DNA为环状,因此也称为真人投注平台外环状DNA (eccDNAs)。EccDNA在许多类型的癌症中很常见,它们由真人投注平台基因形成并促进肿瘤发生。癌症患者血液的筛查显示,血浆中也可发现<2 kb eccDNA。在肺癌患者健康的肺组织中发现<2 kb eccDNAs,这表明eccDNA从恶性组织迁移或在健康组织中形成。
    健康供体的血浆中eccDNA进行了鉴定,鉴定结果高达20 kb。 作者假设健康组织还包含较大的eccDNA,其大小足以包含一个或几个全长基因,原因 (1) 在人类肿瘤中发现大于100kb的eccDNA,最有可能是由随机突变过程引起的,有望从基因组的所有部分形成eccDNA; (2)已知缺失会在酵母和牛中产生eccDNA。 (3)体细胞中的缺失大小可达6Mb。

发表期刊:Nature Communication影响因子:11.878实验方法: eccDNA-seq RNA-seq
技术路线:


一、健康男性中全基因组eccDNA的全基因组检测

    eccDNA测序结果充分体现了基因组水平成环的多样性。eccDNA来源十分丰富,同一个基因有可能会产生非常多的环状,同样一个环状也不仅仅只会包含一个外显子。TTN基因就是一个非常典型的例子。该基因长度达到了0.3Mb,而这样一个基因竟然能衍生得到130个eccDNA,是一个经典的编码基因区域成环的案例。其中比较有代表性的是43-66以及44-52号外显子所组成的环状分子。eccDNA测序的目的正是在组学的层面上全面的描述刻画eccDNA的成环多种可能性。

                                                                           图1 来源于TNN基因的两例eccDNA

二、EccDNA的数量和大小
    从16个肌肉样品中鉴定出10万多种不同的eccDNA(n = 138,027)(补充图1c-e)。所有真人投注平台均以eccDNA序列表示,其总长度为人类基因组的12.6%(389.5 Mb)。带有高度自信(高置信度的)的EccDNA大小从0.05µkb到57.8µkb不等,在0.1µkb和5µkb处有两个明显的峰(图2a,b)。然而,鉴于较宽的conf间隔,使用当前样本量可能会忽略不活跃和活跃男性的eccDNA计数之间的显着差异(图2a,b)。我们发现每100个白细胞核中有3.5-5.6个不同的eccDNA,而肌肉组织中每100个核中有0.85-0.93个不同的eccDNA。

                                                                         图2 eccDNA长度分布和来源多样性

三、eccDNA基因组分布
    多数eccDNA(99%)小于25 kb(图2a,b,图3a,补充图3a,b;补充图4),而其余1%来自断点,相距大于25 kb (图3b)。所有eccDNA的一半以上来自基因或假基因区域(血液55%,组织52%)。例如,样品T8中的11.1kb [S100A3-S100A4circle 153,512-153,523kb]包括S100A3和S100A4的完整基因以及S100A5的部分基因。 S100A4编码一种蛋白质,该蛋白质在肿瘤细胞的转移扩散中起因果作用。

                                                                              图3 eccDNA的真人投注平台分布

四、eccDNA成环验证
    eccDNA的形成与经典的circRNA具有相似性,也是经过核酸序列的反式链接得到的产物。对于环状的结构验证可以模仿circRNA,针对结合位点,就是链接位点设计发散引物和收敛引物进行PCR扩增,然后通过Sanger测序的方式验证eccDNA的接头序列。

                                                                            图4 EccDNA验证和DNA缺失

五、真人投注平台17和19的成环可能性较大
    eccDNA的基因组分布表明,富基因的真人投注平台17和19比每条Mb分别使eccDNA的平均频率分别高1.7倍和2.9倍。

                                                            图5 EccDNA相对于真人投注平台的频率,基因密度和转录

六、eccDNA具有转录活性
    转录本数据表明,至少有一部分eccDNA存在于细胞核中,并没有被隔离在组织的转录无活性的区室中。 eccDNA转录本进一步排除了检测到的eccDNA仅仅是细胞凋亡驱动的片段化的副产物的可能性,如对于<2-kb eccDNA(microDNA)44所建议的那样,或者是在eccDNA纯化过程中产生的。

                                                                 图6 HIP1形成eccDNA具有转录活性
结论:
    
(1) eccDNA在健康人组织和血液中很常见,其大小足以携带一个或几个完整基因。
    (2)eccDNA由介于0.05—999.8 kb之间的真人投注平台断点形成。eccDNA具有转录活性,并且eccDNA通过表达全长或截短的基因来促进表型变异。
    (3)表型变异复制和转录的无中心的eccDNA对细胞影响重大,因为有丝分裂中的错分会产生可变的eccDNA拷贝数。
参考文献:
    M Ller H D , Mohiyuddin M , Prada-Luengo I , et al. Circular DNA elements of chromosomal origin are common in healthy human somatic tissue[J]. Nature Communications, 2018, 9(1):1069.

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