Nature Genetics揭示eccDNA新功能—驱动神经母细胞瘤基因组重..
1. 神经母细胞瘤eccDNA整体统计
研究人员联合eccDNA-seq和RNA-seq（云序生物提供此服务）技术，与开创性的生物信息学算法相结合，首次在神经母细胞瘤（一种主要发生在儿童的致命肿瘤）中进行详细的环状DNA序列分析。本研究中分析了93名儿童的神经母细胞瘤组织样本，结果显示，每个组织样本平均检测到5600多个eccDNA。
图1. 神经母细胞瘤DNA染色：染色体(蓝色)之间有很多小的DNA环(绿色)，红色为着丝粒
2.eccDNA在基因组特征分布
实验结果显示eccDNA在基因区域大量富集，特别是在MYCN扩增的神经母细胞瘤中。更进一步分析发现，eccDNA中的多个与神经母细胞瘤相关的基因如MYCN、JUN、MDM2、SOX11、TAL2发生扩增。这也与以前的发现一致癌基因可以与邻近增强子环化共扩增。
图2. eccDNA在基因组特征分布图
3.eccDNA-seq与RNA-seq联合分析
研究发现eccDNA环化多来源于癌基因，那eccDNA对基因的表达有着怎样的影响呢？作者在这里利用RNA-seq（云序提供此服务）技术进行探究，结果并未发现小于1kb的eccDNA中的基因表达发生变化，基因表达的增加主要发生在大于1kb的eccDNA中。利用等位基因特异性表达方法分析发现高表达的基因来源于环状等位基因,但是环状DNA中基因拷贝数与环状外基因的拷贝数并无明显区别,这也表明eccDNA还存在其他与肿瘤相关的功能。
图3. 基因组与转录组联合分析
4. eccDNA新功能
作者分析测序数据发现神经母细胞瘤基因组中多数染色体内和染色体间基因的重排与eccDNA区域相吻合，支持了eccDNA介导基因组重塑的猜想。而且2018年文章报道在对546个儿科肿瘤基因组重排情况数据收集分析发现其中9%的儿科肿瘤的eccDNA存在树状重排模式，由此作者推测eccDNA衍生的树形重排可以代表eccDNA整合到基因组中形成嵌合体。作者发现环状整合位点以及嵌合体中富集了肿瘤相关基因。检测整合对于基因表达的影响发现eccDNA整合激活原癌基因的表达扩增以及异常融合基因表达。这些研究结果为儿童癌症的发病机理研究提供了一个方向，同时也有望成为癌症的诊断标志。
图4.eccDNA重排导致神经母细胞瘤的转录解除抑制和预后不良
总结
癌基因在eccDNA上扩增的重新发现以及eccDNA在肿瘤基因组重排的新发现，不仅挑战了目前对于肿瘤基因重排的理解，还迫切促使我们重新考虑当前癌症基因组图谱包含的空间信息。而本文这项研究只在神经母细胞瘤中，还有待将来扩展到其他类型的肿瘤，因此eccDNA在其他癌症基因组图谱和新功能还有更广阔的探索空间，相信eccDNA作为新时代的科研探索热点势不可挡，为了帮助老师们搭上eccDNA探索的“高铁”。
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