開啟2020年科研新熱點的染色體外環(huán)狀DNA（eccDNA）

文章導(dǎo)讀

近期，Nature與Cell相繼發(fā)表文章討論染色體外環(huán)狀DNA（eccDNA），這位超級明星在各家媒體、宣傳號上紛紛閃亮登場。一時間eccDNA走在了生物醫(yī)學(xué)研究舞臺的最中央，云序生物已經(jīng)帶您領(lǐng)略過eccDNA在這兩篇重量級文章中的迷人風(fēng)采（點擊鏈接：顛覆性發(fā)現(xiàn)：癌基因竟不在染色體上---環(huán)狀DNA連登Nature，Cell!），它極大的豐富了腫瘤異質(zhì)性的研究內(nèi)容，為液體活檢、腫瘤耐藥以及腫瘤微環(huán)境討論指明了新的方向。eccDNA在腫瘤環(huán)境中可以借助多樣的成環(huán)方式、開放的高級結(jié)構(gòu)以及多個調(diào)控元件的輔助，強有力的推動原癌基因的轉(zhuǎn)錄，顛覆了科研人員對原癌基因在腫瘤發(fā)生發(fā)展當(dāng)中的傳統(tǒng)認知。染色質(zhì)是動態(tài)的！eccDNA也是動態(tài)的！

雖然eccDNA的討論內(nèi)容多數(shù)圍繞腫瘤環(huán)境，那eccDNA是否是腫瘤學(xué)的專屬明星分子？并非如此，非疾病狀態(tài)下的細胞核同樣擁有豐富的eccDNA。云序生物今天帶來的文章將讓大家感受到，eccDNA在正常的人體細胞中（組織、血液）依舊存在，DNA的成環(huán)現(xiàn)象非常普遍。

原文鏈接：Circular DNA elements of chromosomal origin are common in healthy human somatic tissue

發(fā)表期刊：Nature Communication

影響因子：11.878

發(fā)表日期: 2018.08

實驗方法：eccDNA-seq RNA-seq（云序生物提供以上服務(wù)）

文章內(nèi)容
1. eccDNA成環(huán)的整體統(tǒng)

圖1 來源于TNN基因的兩例eccDNA

2.eccDNA長度分布與來源探索

eccDNA是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這樣一種分子的長度分布如何？測序結(jié)果顯示99%的eccDNA長度小于25Kb，其中僅有占比約1%的分子大于25Kb。在這99% 當(dāng)中，在0.1Kb以及5Kb處有富集峰，這表明該區(qū)段的eccDNA占絕大多數(shù)。經(jīng)典的知識體系告訴我們重復(fù)序列以及5sRNA部分最容易成環(huán)，事實上測序結(jié)果也充分證明這一點，SINE（3.1%）、LINE（3.5%），中心粒（2.0%），以及sRNA（8.1%）部分是最經(jīng)典的成環(huán)結(jié)構(gòu)，大量的環(huán)能夠匹配到這些區(qū)域。

圖2 eccDNA長度分布和來源多樣性

3.eccDNA基因組分布

前文提到99% eccDNA小于25Kb，作者分別探索這些eccDNA來源于哪些染色體。結(jié)果顯示所有染色體對eccDNA都有所貢獻。其中小于25Kb部分的環(huán)狀在染色體上的分布相對密集。

圖3 eccDNA的染色體分布

4. eccDNA形成的基因偏好性

既然每一條染色體都有可能成環(huán)，都對eccDNA多樣性產(chǎn)生巨大貢獻，那eccDNA產(chǎn)生是否有一定的偏好性呢？文章測序結(jié)果顯示17和19號染色體成環(huán)的可能性最大，由于17號染色體有相對多的編碼基因，研究者猜測成環(huán)的可能性可能與編碼基因數(shù)目呈正相關(guān)。

圖4 17號與19號染色體對eccDNA貢獻最大

5. eccDNA具有轉(zhuǎn)錄活性

eccDNA能夠高效擴增成環(huán)序列，這種擴增是否有轉(zhuǎn)錄活性？RNA轉(zhuǎn)錄本是否僅僅來源于傳統(tǒng)線性的染色體？要回答這一問題，作者通過RNA-seq（云序提供該服務(wù)）進行探索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)split-reads，即在RNA-seq測序的結(jié)果當(dāng)中同樣發(fā)現(xiàn)了能夠跨過相同剪切位點的測序片段，這種片段的剪切位點和eccDNA成環(huán)的剪切位點序列保持一致，說明環(huán)形的eccDNA也具有轉(zhuǎn)錄活性，這一點非常重要，這很有可能造成成環(huán)基因（尤其原癌基因和耐藥基因）在轉(zhuǎn)錄本水平的明顯高表達從而進一步促進癌癥的發(fā)生發(fā)展，是非常具有臨床意義的研究成果。

圖5 HIP1形成eccDNA具有轉(zhuǎn)錄活性

6. eccDNA成環(huán)驗證

類比于經(jīng)典的circRNA，eccDNA的形成具有相似性，也是經(jīng)過核酸序列的反式鏈接得到的產(chǎn)物。當(dāng)然有關(guān)于成環(huán)機制的問題依然還需要大量的研究討論。不過對于環(huán)狀的結(jié)構(gòu)驗證可以模仿circRNA，針對junction site，就是鏈接位點設(shè)計發(fā)散引物（divergent primer）同時設(shè)計收斂引物（convergent primer）進行PCR擴增，然后通過Sanger測序的方式驗證eccDNA的接頭序列。

圖6 eccDNA的驗證

總結(jié)

從eccDNA全新視角理解生物過程的發(fā)生發(fā)展，這篇Nature Communication文章提供了最好的參照。研究者在進行eccDNA-seq之后對高通量數(shù)據(jù)進行整理歸納，從eccDNA的個數(shù)、長度、來源、分布和基因相關(guān)性進行深入分析，造就一篇10分以上“表達譜”的文章。這將會是一個契機，通過快速的eccDNA-seq結(jié)合PCR方式率先用“譜”的方式快速闡述一個疾病當(dāng)中哪些基因易于成環(huán)、哪些基因擴增效率更高并快速和疾病的發(fā)生發(fā)展建立聯(lián)系，有理由相信這種雖然簡單但是高度創(chuàng)新的文章一定會備受矚目，影響因子再創(chuàng)新高。

eccDNA以顛覆傳統(tǒng)認知的方式重新走到科研舞臺的中心，必將在未來的一段時間掀起一場有關(guān)基因擴增、轉(zhuǎn)錄的大討論。我們已經(jīng)習(xí)慣了觀察基因的缺失、突變、插入和移位，eccDNA的產(chǎn)生從新的角度讓科研工作者去思考基因組存在的動態(tài)性和多樣性。由此，腫瘤的異質(zhì)性、腫瘤微環(huán)境、液體活檢和耐藥性等相關(guān)研究必定會圍繞eccDNA展開更多集中式的研究和探索，有理由相信這次2019年年末的Nature和Cell文章的發(fā)表將成為里程碑式的作品，引領(lǐng)未來三到五年內(nèi)有關(guān)eccDNA研究的新方向。

云序生物作為高通量技術(shù)科研服務(wù)產(chǎn)品推廣的先行者，向各位研究者隆重推薦最新eccDNA-seq產(chǎn)品，該產(chǎn)品做為業(yè)內(nèi)率先發(fā)布的eccDNA測序服務(wù)，緊扣科研時代脈搏，緊跟前沿步伐，更快、更好、更新的滿足科研工作者在自己研究領(lǐng)域內(nèi)對于eccDNA的探索，歡迎新老客戶來電咨詢。

云序生物染色體外環(huán)狀DNA測序技術(shù)服務(wù)：

云序生物提供染色體外環(huán)狀DNA測序服務(wù)（eccDNA-seq），利用核酸酶對線性DNA水解獲得純凈的環(huán)狀DNA，不僅檢測到的有效數(shù)據(jù)量高，還能夠深入分析在特定腫瘤癌癥中相關(guān)eccDNA的特異表達、基因組分布以及拷貝變異等，從而幫助客戶快速找到癌癥、腫瘤機理研究和診斷的靶向eccDNA。

云序優(yōu)勢 

國內(nèi)率先提供該服務(wù)的測序公司： 

通過長期的摸索，率先開發(fā)出成熟的測序流程，成為國內(nèi)目前率先提供該服務(wù)的測序公司。

 富集效率高：

染色體外環(huán)狀DNA的富集效率是決定數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵，云序生物精心優(yōu)化和研發(fā)的實驗流程，具有極高的富集效率和特異性。 

識別率高：

專業(yè)的生物信息學(xué)團隊，通過優(yōu)化的算法能夠高效識別染色體外環(huán)狀DNA。

 一站式服務(wù)： 

客戶只需提供細胞、組織或基因組DNA，云序生物為您完成從樣品準備、環(huán)狀DNA富集、文庫制備、上機測序到數(shù)據(jù)分析的整套服務(wù)流程。

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