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再登Nature Genetics-ecDNA與致ai基因擴(kuò)增及多種ai癥不良...-1

2021.3.01

再登Nature Genetics-ecDNA與致ai基因擴(kuò)增及多種ai癥不良預(yù)后相關(guān)

文章導(dǎo)讀
研究發(fā)現(xiàn)，許多擴(kuò)增的原ai基因，并不只是位于染色體，而且還能變成游離的染色體外DNA（ecDNA），并出現(xiàn)大量拷貝，而且相當(dāng)高比例的ecDNA是以環(huán)狀DNA分子的形式存在，即eccDNA（染色體外環(huán)狀DNA）。由于ecDNA不存在著絲粒，所以在細(xì)胞有絲分裂時(shí)，無(wú)法被均等地分配到兩個(gè)母細(xì)胞中，這就導(dǎo)致ecDNA的拷貝數(shù)會(huì)隨著細(xì)胞代數(shù)的增加而呈現(xiàn)巨大的異質(zhì)性，從而驅(qū)動(dòng)腫瘤演化過(guò)程，但是關(guān)于ecDNA發(fā)生頻率和臨床影響尚不清楚。
2020年8月17日發(fā)表在Nature genetic（IF=27.603）上的一篇題為《Extrachromosomal DNA is associated with oncogene amplification and poor outcome across multiple cancers》的文章揭示了ecDNA與致ai基因擴(kuò)增及多種ai癥的不良預(yù)后間的相關(guān)性。通過(guò)對(duì)3212名ai癥患者的全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)的分析，研究人員發(fā)現(xiàn)ecDNA擴(kuò)增通常發(fā)生在大多數(shù)ai癥類型中；與線性DNA相比，ecDNA擴(kuò)增而引起的ai基因轉(zhuǎn)錄水平更高，同時(shí)染色質(zhì)的可及性得到增強(qiáng)，能夠更頻繁地與轉(zhuǎn)錄本融合；攜帶ecDNA的ai癥患者的生存期也明顯短于非ecDNAai基因擴(kuò)增引起的ai癥患者。此次研究結(jié)果表明，基于ecDNA的ai基因擴(kuò)增在ai癥中普遍存在，并導(dǎo)致許多ai癥類型的患者預(yù)后不良。?

基于ecDNA的ai基因擴(kuò)增在ai癥中普遍存在，并導(dǎo)致許多ai癥類型的患者預(yù)后不良。

發(fā)表期刊：Nature Genetics

影響因子：27.603
實(shí)驗(yàn)方法：Circle-Seq，全基因組測(cè)序，ATAC-seq
文章鏈接：《Extrachromosomal DNA is associated with oncogene amplification and poor outcome across multiple cancers》

研究?jī)?nèi)容
1.eccDNA擴(kuò)增廣泛存在于各類ai癥類型中
ai基因擴(kuò)增是ai細(xì)胞中常見(jiàn)的功能獲得性改變，使腫瘤細(xì)胞能夠規(guī)避體內(nèi)平衡期間的制約和平衡，從而驅(qū)動(dòng)腫瘤生長(zhǎng)。基于ecDNA的擴(kuò)增一直被認(rèn)為是細(xì)胞增加特定基因拷貝數(shù)(CN)的一種方法，但它們的發(fā)生頻率尚不清楚。全基因組測(cè)序(WGS)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析和新的環(huán)狀DNA文庫(kù)富集方法表明，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的腫瘤中ecDNA的頻率相對(duì)較高。
研究人員應(yīng)用AmpliconArchitect基于 WGS腫瘤組織的數(shù)據(jù)，與正常組織和血液ai癥基因組圖譜(TCGA) (n = 3731)比較，通過(guò)全基因組的泛ai分析(PCAWG)(n = 1291)量化并區(qū)分結(jié)構(gòu)區(qū)域大于10kb，超過(guò)4倍（CN > 4，樣本中位數(shù)以上倍數(shù)）的擴(kuò)增子，這些擴(kuò)增子分為(1)‘環(huán)狀’(圖1a)，表示存在于染色體外的擴(kuò)增子；(2)‘BFB’，帶有由‘?dāng)嗔?融合-橋’(BFB)機(jī)制創(chuàng)建的標(biāo)記；(3)‘重排列’，指含有來(lái)自不同染色體或染色體上相距很遠(yuǎn)的DNA片段的非環(huán)狀擴(kuò)增子(>1 Mb)；(4)‘線性’，表示線性擴(kuò)增。擴(kuò)增子狀態(tài)是腫瘤標(biāo)本分類的依據(jù)。缺乏擴(kuò)增的樣本標(biāo)記為“未檢測(cè)到局部體細(xì)胞CN擴(kuò)增”（圖1a）。
測(cè)序結(jié)果表明，AmpliconArchitect在區(qū)分環(huán)狀DNA擴(kuò)增子和線性DNA擴(kuò)增子方面，WGS和環(huán)狀DNA測(cè)序（Circle-Seq）方法具有非常高的一致性（圖1b），表明分類的可靠性?；贏mpliconArchitect分類WGS中的 3212個(gè)腫瘤樣本數(shù)據(jù)集和1810個(gè)非腫瘤數(shù)據(jù)集，研究人員從中發(fā)現(xiàn)460例(14.3%)腫瘤樣本進(jìn)行1或多個(gè)環(huán)狀擴(kuò)增子，證明在ai癥中ecDNA擴(kuò)增是一種常見(jiàn)的事件。相比之下，環(huán)狀擴(kuò)增在匹配的全血或正常組織樣本中幾乎檢測(cè)不到(圖1c)。環(huán)狀擴(kuò)增子頻率的分布與早期ai癥模型的結(jié)果一致，表明ecDNA擴(kuò)增是多種ai癥亞型的明確特征，而非正常細(xì)胞。

腫瘤與非腫瘤組織的環(huán)型擴(kuò)增子發(fā)生頻率

圖 1 腫瘤與非腫瘤組織的環(huán)型擴(kuò)增子發(fā)生頻率

2.復(fù)發(fā)性ai基因擴(kuò)增往往發(fā)生在ecDNA上
579個(gè)環(huán)狀擴(kuò)增子的染色體分布與非環(huán)狀擴(kuò)增子的染色體區(qū)域相比是非隨機(jī)的(圖2a)。在24個(gè)常復(fù)發(fā)的擴(kuò)增ai基因中，有38%常出現(xiàn)在環(huán)狀擴(kuò)增子上，其中PAX8占11%，CDK4占62%(圖2b)。在至少5個(gè)樣本擴(kuò)增的1,804個(gè)ai基因列表中，21.8%的ai基因具有多個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)擴(kuò)增。對(duì)于高度擴(kuò)增的ai基因(即CN > 8)，這一比例進(jìn)一步增加到53.5%。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中ai基因的環(huán)狀擴(kuò)增比非環(huán)狀擴(kuò)增更高。通過(guò)進(jìn)一步觀察，ecDNA結(jié)構(gòu)和ai基因擴(kuò)增之間的關(guān)聯(lián)并未延伸到斷點(diǎn)。對(duì)于24個(gè)頻繁擴(kuò)增的ai基因，在單位間隔內(nèi)觀察特定數(shù)目斷點(diǎn)的頻率呈指數(shù)衰減，這與在ai基因周圍的大多數(shù)隨機(jī)發(fā)生保持一致(圖2c)。這些結(jié)果表明，ecDNA是通過(guò)隨機(jī)過(guò)程形成的，對(duì)促生長(zhǎng)ai基因高拷貝的選擇導(dǎo)致ai基因在腫瘤發(fā)育過(guò)程中快速擴(kuò)增，而由于其遺傳不均一，保留了瘤內(nèi)的遺傳異質(zhì)性。

環(huán)型擴(kuò)增子的ai基因含量和結(jié)構(gòu)成分