研究聯合通訊作者、UCSD病理學系教授、路德維希成員Paul S.Mischel說：“這是一個范式轉變。癌癥ecDNA的形狀不同于正常的DNA，這對我們理解癌癥生物學和臨床影響都具有非常重要的意義。
人類DNA通常形成長而扭曲的雙螺旋結構，其中大約30億個堿基對組成了23對染色體，并奇跡般地擠進每個平均直徑只有6微米的細胞核中。一個細胞核內的所有DNA首尾相連，展開后大約能達到6英尺（1.8米），一個人體內的所有DNA加起來的長度超過了70億英尺，大約是太陽系直徑的兩倍。
在人類和其他真核生物中，正常的DNA被緊緊包裹在稱為組蛋白八聚體的蛋白質復合物簇中形成細胞核。為了讀取DNA的遺傳指令，細胞依靠酶和復雜的機械來切割和移動碎片，一次只能讀取一部分，就像是閱讀一個半開的卷軸。
圖片來源：Nature
Mischel說：“通過證明ecDNA是環狀的，然后闡明其表觀遺傳組織，我們證明了一些非常強大的東西。人類癌細胞的這種獨特形狀與正常的人類DNA非常不同。它確實為扭曲的癌癥基因組和表觀基因組的三維組織帶來了新的曙光，這為理解為什么某些腫瘤細胞如此具有侵襲性提供了結構基礎。”
這項新研究是建立在2017年該團隊在《Nature》發表的研究，該研究表明，編碼癌基因的環狀DNA短片段比以前認為的要普遍得多：在近一半的人類癌癥中都有發現，但在正常細胞中很少，因此可能在腫瘤進化和抵抗化療等方面發揮作用。
通常，染色體外的DNA被認為是罕見的，但在2014年的一篇論文中Mischel及其同事發現，ecDNA通過使腫瘤迅速改變其所含癌基因的數量，在某些腦癌耐藥性中發揮著核心作用，而且還能決定一個細胞是否會轉變為癌細胞。這一發現令癌癥生物學家感到驚訝，他們長期以來一直將重點更多地放在了哪些基因促進癌癥上，而不是這些基因位于何處。
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這項最新的發現戲劇性地強調了癌細胞不像真核細胞那樣遵循相同的生物學規則：它們不是通過分裂成遺傳上相同的子細胞（這一過程稱為有絲分裂，所有真核生物都是這樣分裂成成對染色體）來將DNA傳遞給后代，而是類似于細菌，通過將ecDNA看似隨機地分配給子細胞，從而提供了一種機制，通過這種機制，某些子細胞可以在一個細胞分裂中獲得多個癌癥拷貝。這是一個截然不同的遺傳過程，可以實現更快的進化和遺傳改變。
在這項研究中，研究團隊采用了一系列先進的技術，如超微結構電子顯微鏡、遠程光學繪圖和全基因組測序的計算分析。
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該研究聯合通訊作者、UCSD雅各布斯工程學院的計算機科學與工程教授Vineet Bafna博士說：“我們使用了大量定制的序列分析工具，包括使用全基因組測序和光學圖譜重建ecDNA結構，并將這些重建的結構用作框架來分層表觀遺傳數據，并分析染色體內和染色體外DNA之間的差異。”