eccDNA調(diào)控癌基因轉(zhuǎn)錄在Cancer Cell研究新進(jìn)展的應(yīng)用

文章導(dǎo)讀
EccDNA是一種游離于染色體外的環(huán)狀DNA分子。它們被發(fā)現(xiàn)廣泛存在于各種真核生物、各種類型的組織細(xì)胞中。近年來研究發(fā)現(xiàn)，eccDNA常攜帶致癌基因，其結(jié)構(gòu)特性有利于使其上的致癌基因高效擴(kuò)增、高度表達(dá)，并且eccDNA可通過在子細(xì)胞中的不均勻分配，增強(qiáng)腫瘤的異質(zhì)性和耐藥性，對癌癥發(fā)生發(fā)展和預(yù)后產(chǎn)生重要影響。2021年4月8日杰克遜基因醫(yī)學(xué)實驗室的課題組在Cancer Cell上發(fā)表了eccDNA的新研究成果Oncogenic extrachromosomal DNA functions as mobile enhancers to globally amplify chromosomal transcription，利用ChIA-PET和ChIA-Drop染色質(zhì)互作分析，在全基因組水平上探究了影響癌癥細(xì)胞轉(zhuǎn)錄過程的eccDNA介導(dǎo)的染色體互作。

研究發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者來源的神經(jīng)球和前列腺癌細(xì)胞中，ecDNAs具有廣泛的ecDNA-ecDNA間和ecDNA-染色體間互作。ecDNA-染色體互作位點(diǎn)具有廣泛、高水平的H3K27ac信號，主要集中在表達(dá)水平增加的染色體基因上。在前列腺癌細(xì)胞中加入含有特征增強(qiáng)子的合成ecDNA，導(dǎo)致染色體基因轉(zhuǎn)錄的全基因組激活。對ecDNAs的染色體靶點(diǎn)進(jìn)行單分子分辨率的解析，發(fā)現(xiàn)活躍性表達(dá)的癌基因在空間上聚集在ecDNA介導(dǎo)的互作網(wǎng)絡(luò)中。研究表明ecDNAs可以作為移動的轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子來促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展，并顯示了一種潛在的合成非整倍體的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制。

發(fā)表時間：2021.4.8
發(fā)表雜志：Cancer Cell
影響因子：26.602
文章鏈接：Oncogenic extrachromosomal DNA functions as mobile enhancers to globally amplify chromosomal transcription

 
文章內(nèi)容
1.EcDNA與基因組染色質(zhì)具有廣泛的互作
研究人員在3株膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者來源的神經(jīng)球細(xì)胞系中進(jìn)行ChIA-PET分析，其中1株是帶有ecEGFR（含有EGFR的ecDNA），1株帶有ecMYC：（含有MYC的ecDNA），1株是ecDNA-。染色體互作圖譜顯示，ecDNA與整個基因組都具有廣泛的互作。為了量化染色體區(qū)域間互作程度，引入基因組水平反式染色體互作頻率（nTIF）的概念。矯正拷貝數(shù)帶來的影響后，發(fā)現(xiàn)ecMYC和ecEGFR的nTIFs顯著較高，每一拷貝ecDNA的nTIFs顯著高于每一拷貝的染色體的nTIFs，即ecDNA表現(xiàn)出廣泛的染色質(zhì)互作性。利用ChIA-PET來沉淀RNA聚合酶RNAPII相關(guān)的染色質(zhì)，并分析ecDNA相關(guān)的染色質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)，包括ecDNA-ecDNA間和ecDNA-染色質(zhì)間互作。ecDNA+細(xì)胞中，ecMYC、ecEGFR和ecCDK4的nTIFs顯著升高，說明這些細(xì)胞系中主要的ecDNA包含這三種癌基因或者它們在分子間非常接近。ecDNA+細(xì)胞中，ecDNA區(qū)域的nTIFs顯著高于染色體；染色體外擴(kuò)增區(qū)域具有顯著升高的nTIFs。說明ecDNA-ecDNA間和ecDNA-染色質(zhì)間都具有廣泛的互作。作者又應(yīng)用ChIP-ChIA-PET分析與RNAPII結(jié)合的染色質(zhì)，發(fā)現(xiàn)ecDNA元件與染色體的互作與RNAPII結(jié)合具有相關(guān)性，表明ecDNA具有重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能。

2.ecDNA與基因組染色質(zhì)互作集中在 H3K27ac信號高的非編碼區(qū)
為了探究RNAPII參與的ecDNA-染色體互作與轉(zhuǎn)錄調(diào)控是否具有相關(guān)性，作者進(jìn)行了RNAPII和H3K27ac修飾的ChIP-seq，探究了活性啟動子和轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子，發(fā)現(xiàn)相比于ecDNA-細(xì)胞的天然染色質(zhì)區(qū)域的順式互作，ecDNAs區(qū)域的順式互作頻率顯著增加5-17倍。這種強(qiáng)烈的順式染色質(zhì)相互作用模式是由天然染色體位點(diǎn)、不同ecDNA分子之間的接觸以及單個ecDNA內(nèi)的折疊共同產(chǎn)生的。

3.EcDNA富含增強(qiáng)子信號且與高轉(zhuǎn)錄活性的基因相關(guān)
接著作者研究了ecDNA上的與染色質(zhì)互作區(qū)域，發(fā)現(xiàn)在四個ecDNA（+）細(xì)胞系中，ecDNA上的大多數(shù)接觸位點(diǎn)都集中在幾個不同的（7-26）位點(diǎn)上，多富集在啟動子區(qū)域，具有高水平的H3K27ac信號，并與細(xì)胞系中H3K27ac峰具有重合性，說明ecDNAs中癌基因的轉(zhuǎn)錄進(jìn)一步被染色質(zhì)的增強(qiáng)子放大。同樣，在ecDNAs中觀察到高頻率接觸位點(diǎn)和H3K27ac峰的同時出現(xiàn)，說明增強(qiáng)子信號在ecDNA-染色質(zhì)互作位點(diǎn)上富集。進(jìn)一步分析與染色質(zhì)互作的ecDNA分子的特征，發(fā)現(xiàn)ecDNAs的高頻率互作位點(diǎn)上H3K27ac信號顯著富集，信號峰的跨度較大，具有超級增強(qiáng)子（SEs）的特征。超級增強(qiáng)子傾向于富集在ecDNAs，而且促進(jìn)ecDNA-染色質(zhì)互作。雖然SE位點(diǎn)占ecDNAs總大小的2%-18%，但其介導(dǎo)的ecDNA-染色質(zhì)互作占31%-73%的比例。此外，啟動子與ecDNAs有互作的基因表達(dá)水平顯著升高，ecDNA互作的基因表達(dá)水平與ecDNA-互作頻率正相關(guān)。

4. ecDNA水平改變造成轉(zhuǎn)錄調(diào)控異常
為了驗證ecDNA對染色體基因表達(dá)的調(diào)控，作者將人工合成的攜帶H3K27ac富集區(qū)域的ecDNA轉(zhuǎn)染到ecDNA陰性的細(xì)胞中， 并進(jìn)行了RNA-seq,發(fā)現(xiàn)造成了57個基因的顯著表達(dá)上調(diào)和2個基因的表達(dá)下調(diào)。證明ecDNA可用于癌基因擴(kuò)增，也可作為一種移動的增強(qiáng)子，調(diào)控染色體基因的轉(zhuǎn)錄激活。另外利用ChIA-Drop實現(xiàn)單分子分辨率水平對染色質(zhì)互作的復(fù)雜性進(jìn)行解析，揭示出ecDNA SE可能作為結(jié)構(gòu)性平臺機(jī)制實現(xiàn)癌基因的共聚集，從而實現(xiàn)協(xié)同轉(zhuǎn)錄共激活，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。


云序生物eccDNA測序
eccDNA測序（別名：Circle-Seq﹑環(huán)狀DNA測序）是eccDNA檢測利器，可以高通量地對檢測樣品中的所有eccDNA，具有檢出率高﹑準(zhǔn)確性好等優(yōu)點(diǎn)。云序生物eccDNA測序采用多種方法高效地富集和擴(kuò)增eccDNA，簡述如下：首先，利用A&A Biotechnology離子交換柱（云序生物是A&A Biotechnology品牌全線產(chǎn)品的全國總代理）高效富集基因組DNA中的eccDNA，然后利用核酸酶進(jìn)一步對富集的eccDNA進(jìn)行消化除去殘余線性DNA。富集純化后，通過滾環(huán)擴(kuò)增獲得大量的eccDNA拷貝,再利用NGS測序高通量地檢測樣品中所有的環(huán)狀DNA分子。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灹鞒�，極大地提高了eccDNA的檢出率和檢測靈敏度。通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膃ccDNA生信流程，實現(xiàn)了對eccDNA準(zhǔn)確的識別和詳細(xì)的基因注釋,快速找到癌癥、腫瘤等疾病機(jī)理研究和診斷的靶向eccDNA。         

云序生物eccDNA測序優(yōu)勢
云序生物是國內(nèi)zui早提供eccDNA測序服務(wù)的公司，云序在2018年已啟動了eccDNA測序技術(shù)的開發(fā)。迄今為止，我們已經(jīng)完成上千例樣品的eccDNA測序，積累了豐富的項目經(jīng)驗，樣品類型涵蓋：組織﹑細(xì)胞﹑血清﹑血漿﹑尿液等，物種涵蓋：人﹑小鼠﹑大鼠﹑擬南芥﹑果蠅﹑酵母﹑非洲爪蟾等。
1.云序eccDNA測序數(shù)據(jù)質(zhì)控：
2.提供eccDNA一站式服務(wù)的公司
云序是一家提供eccDNA檢測和鑒定一站式服務(wù)的公司，除了eccDNA測序，云序還可以提供包括eccDNA Outward PCR和Sanger測序在內(nèi)的一系列eccDNA驗證服務(wù)。
√ 云序產(chǎn)品1：eccDNA測序
作用：通過NGS測序高通量地檢測和識別樣品中的所有eccDNA。
√ 云序產(chǎn)品2：eccDNA Outward PCR驗證
作用：通過核酸外切酶處理和Outward PCR驗證eccDNA的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
√ 云序產(chǎn)品3：eccDNA Sanger測序
作用：通過金標(biāo)準(zhǔn)的Sanger測序，驗證eccDNA特異性的junction位點(diǎn)。
3.專業(yè)的生信分析
云序生物對eccDNA進(jìn)行專業(yè)細(xì)致的注釋，提供eccDNA的染色體信息﹑坐標(biāo)信息﹑長度信息﹑反式剪切位點(diǎn)信息﹑序列信息﹑對應(yīng)的基因信息﹑基因的GO條目及KEGG信號通路注釋信息等，為后續(xù)的研究提供了重要線索和便利。
 

 

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