eccDNA新型生物标志物,卢煜明团队最新重磅成果!

来源: 上海云序生物科技有限公司   2020-1-17   访问量:1704评论(0)

文章导读

新年伊始,eccDNA(染色体外环状DNA)的相关研究成果不断。2019年11月同期Nature、Cell报道了环状DNA通过高度开放染色质、复杂的拓朴异构特征增强表达的颠覆性发现,2019年12月Nature Genetics也刚刚揭示了eccDNA能够驱动神经母细胞瘤基因重排的全新功能。这一次,PNAS(美国科学院院刊)报道了香港中文大学卢煜明教授团队的最新研究成果,该成果显示孕妇血浆中可以鉴定出母亲和胎儿的游离环状DNA。正如文章中的描述,“优于线性DNA的生物稳定性以及独特的分子结构特征让eccDNA在迅速发展的无创产前检测的道路增添了新的方向”。快一起来看看这次有关eccDNA又有哪些新的发现吧!

原文链接:Identification and characterization of extrachromosomal circular DNA in maternal plasma


发表期刊:PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)

影响因子:9.58

发表日期: 2019.12.03

实验方法:eccDNA-seq (云序生物可提供此项服务)

文章内容

1. 血浆中eccDNA检测

eccDNA高通量检测的关键步骤是要通过实验手段对其进行有效的富集。研究者通过线性DNA的去除、eccDNA的纯化、建库、测序,生物信息分析对反式剪切位点(junction site)的识别从而完成对eccDNA的鉴定。5例孕期女性的血浆样品中eccDNA的富集与高通量测序结果显示:1)核酸外切酶V(exoV)去除线性DNA的过程对eccDNA的富集效果非常明显;2)同一个体血浆中的eccDNA与线性DNA相比最显著的特征在于长度分布。线性DNA长度在166bp左右富集,而MspI方法纯化的eccDNA主要在202和338bp处有明显集中,并且338bp处的eccDNA数目要明显多于202bp附近的eccDNA个数。


图1 线性DNA和eccDNA长度比较

2. 胚胎源和母源eccDNA检测比较

之前的研究结果显示胚胎源(fetal origin)和母源(maternal origin)血浆中线性DNA分子在长度分布不同,通过SNP的方式对eccDNA分子进行来源分类,结果显示5例孕期女性个体的eccDNA长度均在约202bp和约338bp两个地方有明显富集,但是总体来讲累积分布曲线显示胚胎源eccDNA长度分布总体位于左侧,换言之胚胎源的eccDNA长度要短于母系eccDNA,这种趋势和两种来源线性的DNA长度的差异趋势保持一致。


图2 eccDNA长度分布和来源多样性

3. eccDNA的片段化方法优化

此项研究当中使用的MspI处理方法有一个缺陷,就是MspI总是识别酶切位点的特征序列CCGG,这种识别模式对于长片段eccDNA更有利,因为该分子更有可能含有CCGG序列,利用Tn5随机剪切的特性能够有效的解决这一问题,极大的提高eccDNA的检出。数据分析结果显示胚胎源eccDNA长度主要分布在202bp和338bp附近,相比于母源eccDNA,胚胎源的分子长度相对较短。


图3 eccDNA MspI和Tn5剪切效果对比

4.母体血浆中eccDNA基因组注释

母体血浆当中的eccDNA分子主要来源于5’UTR区,外显子区以及CpG岛,在Alu原件相对较少。这一分布规律和小鼠组织、非孕期人群血浆当中的eccDNA分布保持一致。eccDNA的来源位置并非完全随机,而是具有一定的偏好性,但母源和胚胎源的eccDNA分布无明显统计学差异。通过比较eccDNA反式剪切位点发现,少数剪切位点(322,0.018%)在5例孕期个体当中都被检测到。


图4 eccDNA的染色体分布

5. eccDNA形成位点的motif探索

eccDNA的反式剪切位点附近是否有motif特征性序列可以阐释eccDNA的成环机制?文章中对成环片段的上游和下游序列进行了进一步讨论,剪切位点上下游各50bp左右的位置的motif分析结果明确了4bp的“空间隔板”,文章中把这种模型描述为“重复模式(recurrent pattern)”。在S1、S2两侧分别由四个重复区域,1区和3区序列相同,2区和4区相同,计算机模拟显示出现这种模式的概率是0.056%,而测序结果当中为3.484%,这种模型非常有利于同源重组和微同源介导的末端剪切,而这一现象也符合经典的eccDNA成环机制。



总结

本篇文章聚焦孕期女性血浆当中的eccDNA检测。不同于线性DNA,eccDNA长度更长,母系来源的eccDNA比胚胎来源的eccDNA分子长度也更长。成环位点上下游的信息有效的提示了可能的eccDNA形成机制,为接下来eccDNA的进一步研究奠定基础。这些成果都有利于推动eccDNA在液体活检以及生物标志物方面的应用。

2020年年初的寒潮并不能冰冻eccDNA在科研界的火热。重量级期刊的文章发表已经为我们一年的科研指明了方向,游走在线性DNA之外的eccDNA将是生物医学领域最闪亮的星。新分子,新方向,机遇与挑战并存,运气与实力同在,祝愿各位生物医学的工作者在新的一年能抢占先机,eccDNA将是您科研新年新气象的不二选择。

序说时刻:

云序生物聚焦科研热点,从国内率先提供环状RNA测序,到m6A测序,再到如今eccDNA测序,我们不断为科研工作者提供最新的科研方向,最好的思路,助力科研用户发表高分文章。2020年我们风起涌,势待发!

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云序生物提供染色体外环状DNA测序服务(eccDNA-seq,利用核酸酶对线性DNA水解获得目的环状DNA,不仅检测到的有效数据量高,还能够深入分析在特定肿瘤癌症中相关eccDNA的特异表达、基因组分布以及拷贝变异等,从而帮助客户快速找到癌症、肿瘤机理研究和诊断的靶向eccDNA。


云序优势

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富集效率高:染色体外环状DNA的富集效率是决定数据质量的关键,云序生物精心优化和研发的实验流程,具有极高的富集效率和特异性。

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