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eccDNA(环状DNA)测序
eccDNA(环状DNA)测序

一、 产品概述

    eccDNA(extrachromosomal circular DNA)即染色体外环状DNA,广泛存在于包括人类在内的真核生物细胞中,它们通常是从正常基因组中分离或脱落下来,游离于染色体基因组之外的环状DNA分子。对酵母、线虫、纤毛虫和哺乳动物的eccDNA进行全基因组序列分析后发现,eccDNA的大小从几十个碱基到几十万个碱基对不等,不仅携带完整或部分基因,而且还携带基因间序列,且部分包含复制起始点,能独立完成复制。

自1965年首次在哺乳动物和高等植物中发现了eccDNA分子至今,人们发现eccDNA大量存在于肿瘤细胞中,且常携带原癌基因,可通过增加癌基因的表达来促进肿瘤的发生。2019年Nature和Cell发表的两篇关

于癌症中的eccDNA的文章还表明:eccDNA具有显著的染色体开放状态和更远距离相互作用的形式,其非编码区的增强子功能也可在eccDNA所携带的癌基因表达调控中发挥功能,进一步将eccDNA的表观特征与癌症联系起来。此外,eccDNA还与耐药、衰老、肿瘤异质性、细胞间交流等功能相关。


二 、实验流程

 


、应用案例

案例一

Circular DNA elements of chromosomal origin are common in healthy human somatic tissueNature Communication2018IF=11.878

本文针对8名定期锻炼和8名久坐不动的男子进行骨骼肌样本和血液样本的收集,通过裂解细胞、过柱纯化的方法获取eccDNA,并滚环扩增和建库测序。通过分析测序数据大约鉴定出约10万个不同的eccDNA,其中绝大部分长度小于25kb,主要分布在0.1-5KB之间。从肌肉中检测到的eccDNA中,43960个是高度可信的。在白细胞中,6253个eccDNA是高度可信的,且运动组和静坐组之间的eccDNA并没有差异。另外通过eccDNA在基因组上的分布情况探索eccDNA具体来源于哪些染色体的哪些位置,并联合RNAseq数据分析发现eccDNA形成的基因偏好性。

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图1 eccDNA的长度分布


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2 eccDNA在基因组上的分布情况

 

案例二

Circular ecDNA promotes accessible chromatin and high oncogene expressionNature2019IF=43.07

该文利用集成成像、远距离光学匹配、表观生物学技术和高通量测序,首次正面解析了癌基因所在的ecDNA的结构和基本功能。通整合肿瘤细胞系和TCGA临床肿瘤样本的RNA-seq和WGS数据,证明了高度表达的癌症基因是由ecDNA编码的;利用ChIP-seq技术和免疫荧光技术,分析活跃癌细胞中促进型组蛋白修饰H3K4me1、H3K27ac和抑制型组蛋白修饰H3K9me3、H3K27me3的发生情况,发现ecDNA上存在较多活跃型组蛋白修饰和少量抑制型组蛋白修饰;利用ATAC-seq和MNase-seq证明ecDNA的染色质是高度开放的,且比核染色体上DNA开放性更高;采用解析染色质的空间结构的 PLAC-seq(Hi-ChIP)技术发现ecDNA可以形成3D功能结构域,说明ecDNA能在空间上产生远距离调控。

 

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1 eccDNA上高表达的癌症基因

 

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2 eccDNA上H3K4me1和H3K27ac的分布

 

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3 eccDNA开放程度较核染色体高

 

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4 eccDNA环状图谱使远端DNA相互作用成为可能





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