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

三、应用案例

案例一

Circular DNA elements of chromosomal origin are common in healthy human somatic tissue（Nature Communication，2018，IF=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。

图1 eccDNA的长度分布

图2 eccDNA在基因组上的分布情况

案例二

Circular ecDNA promotes accessible chromatin and high oncogene expression（Nature，2019，IF=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。

图1 eccDNA上高表达的癌症基因

图2 eccDNA上H3K4me1和H3K27ac的分布

图3 eccDNA开放程度较核染色体高

图4 eccDNA环状图谱使远端DNA相互作用成为可能