肿瘤染色体外DNA的环状结构与功能

[所属分类:新闻动态] [发布时间:2019-11-21] [发布人:] [阅读次数:] [返回]

山东拓普生物工程有限公司

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Paul Mischel教授团队再一次发表了长文文章Circular ecDNA promotes accessible chromatin andhigh oncogene expression，首次解析了ecDNA的结构与功能

该研究主要有以下4个突破性成果：

1）  ecDNA是环状的；

解析ecDNA的结果，是阐明ecDNA功能的第一步。研究团队首先结合二代全基因组测序和光学匹配（optical mapping），从序列的角度发现，扩增出来的ecDNA形成了环状结构。团队进一步使用影像学的方法，包括扫描电镜、透射电镜、3D结构照明显微镜等方法，获得了环状DNA的清晰图片证据，最终证实了肿瘤中的ecDNA确实是环状的。

2）  ecDNA大量表达癌基因

通过RNA-seq技术并结合SNP分析，研究团队发现，肿瘤中的环状ecDNA也能指导基因的转录。由于ecDNA的拷贝数往往较高（甚至比扩增于染色体的拷贝数更高），且携带癌基因，因此在肿瘤中，主要的癌基因转录本是直接来自于ecDNA的。通常，这些高拷贝的ecDNA，能使得癌基因的转录丰度，上升至整个转录组的前1%。

3）  ecDNA的染色质是高度开放的

拷贝数是决定基因表达量的重要因素，但不是唯一因素。DNA的表观遗传修饰以及三维结构，能够决定基因是否表达。研究团队使用了ChIP-seq和免疫荧光技术，证实了ecDNA同样具有染色质结构，由核小体单元构成。同时，ecDNA上含有增强子与启动子的组蛋白修饰（H3K4me1/3，H3K27ac），但却缺乏抑制性组蛋白修饰，如H3K9me3与H3K27me3。通过ATAC-seq，MNase-seq，以及ATAC-see，研究团队进一步发现，ecDNA的染色质是高度开放的，进一步解释了为何ecDNA上的癌基因能够大量表达。

4）  ecDNA的环状结构介导超远距离相互作用

染色质的三维结构，允许DNA元件之间发生相互作用。比如染色质成环，介导了增强子与启动子之间的相互作用，从而推动基因的表达。这种相互作用频率，会随着空间距离的增大而减小。研究团队使用染色质构象捕获及测序技术，PLAC-seq（或者叫Hi-ChIP，一种信息简并的Hi-C技术）和4C-seq，以及CTCF与SMC3的ChIP-seq，证实了ecDNA染色质也能形成三维结构，并且存在拓扑相关结构域。同时，由于ecDNA形成了环状结构，远处的DNA元件，就被带到了近处，从而实现了超远距离的相互作用。而这种超远距离的相互作用，还可能形成了新的基因调控回路。

此外，为了更好地将ecDNA的结构与功能联系起来，研究团队还开发了一种新的基因组数据可视化方式：将环状的ecDNA，以环状图谱的形式展示出来。这有利于理解ecDNA的环状结构如何赋予其独特的功能。

最后，作者指出，环状的ecDNA在肿瘤中普遍存在，同时由于缺乏着丝粒，导致不遵照孟德尔定律进行遗传。这样的特性，使得ecDNA是驱动肿瘤异质性的重要机制，这将对肿瘤的治疗带来极大的挑战。