再登Nature Genetics-ecDNA與致ai基因擴增及多種ai癥不良預后相關
文章導讀
研究發現，許多擴增的原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），并出現大量拷貝，而且相當高比例的ecDNA是以環狀DNA分子的形式存在，即eccDNA（染色體外環狀DNA）。由于ecDNA不存在著絲粒，所以在細胞有絲分裂時，無法被均等地分配到兩個母細胞中，這就導致ecDNA的拷貝數會隨著細胞代數的增加而呈現巨大的異質性，從而驅動腫
瘤演化過程，但是關于ecDNA發生頻率和臨床影響尚不清楚。
2020年8月17日發表在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基因擴增及多種ai癥的不良預后間的相關性。通過對3212名ai癥患者的全基因組測序數據的分析，研究人員發現ecDNA擴增通常發生在大多數ai癥類型中；與線性DNA相比，ecDNA擴增而引起的ai基因轉錄水平更高，同時染色質的可及性得到增強，能夠更頻繁地與轉錄本融合；攜帶ecDNA的ai癥患者的生存期也明顯短于非ecDNAai基因擴增引起的ai癥患者。此次研究結果表明，基于ecDNA的ai基因擴增在ai癥中普遍存在，并導致許多ai癥類型的患者預后不良。
發表期刊：Nature Genetics
影響因子：27.603
實驗方法：Circle-Seq，全基因組測序，ATAC-seq
文章鏈接：《Extrachromosomal DNA is associated with oncogene amplification and poor outcome across multiple cancers》
研究內容
1.eccDNA擴增廣 泛存在于各類ai癥類型中
ai基因擴增是ai細胞中常見的功能獲得性改變，使腫 瘤細胞能夠規避體內平衡期間的制約和平衡，從而驅動腫
瘤生長。基于ecDNA的擴增一直被認為是細胞增加特定基因拷貝數(CN)的一種方法，但它們的發生頻率尚不清楚。全基因組測序(WGS)數據的計算分析和新的環狀DNA文庫富集方法表明，在中樞
神經系統的腫 瘤中ecDNA的頻率相對較高。
研究人員應用AmpliconArchitect基于 WGS腫 瘤組織的數據，與正常組織和血液ai癥基因組圖譜(TCGA) (n =
3731)比較，通過全基因組的泛ai分析(PCAWG)(n = 1291)量化并區分結構區域大于10kb，超過4倍（CN >
4，樣本中位數以上倍數）的擴增子，這些擴增子分為(1)‘環狀’(圖1a)，表示存在于染色體外的擴增子；(2)‘BFB’，帶有由‘斷裂-融合-橋’(BFB)機制創建的標記；(3)‘重排列’，指含有來自不同染色體或染色體上相距很遠的DNA片段的非環狀擴增子(>1
Mb)；(4)‘線性’，表示線性擴增。擴增子狀態是腫 瘤標本分類的依據。缺乏擴增的樣本標記為“未檢測到局部體細胞CN擴增”（圖1a）。
測序結果表明，AmpliconArchitect在區分環狀DNA擴增子和線性DNA擴增子方面，WGS和環狀DNA測序（Circle-Seq）方法具有非常高的一致性（圖1b），表明分類的可靠性。基于AmpliconArchitect分類WGS中的
3212個腫 瘤樣本數據集和1810個非腫 瘤數據集，研究人員從中發現460例(14.3%)腫
瘤樣本進行1或多個環狀擴增子，證明在ai癥中ecDNA擴增是一種常見的事件。相比之下，環狀擴增在匹配的全血或正常組織樣本中幾乎檢測不到(圖1c)。環狀擴增子頻率的分布與早期ai癥模型的結果一致，表明ecDNA擴增是多種ai癥亞型的明確特征，而非正常細胞。
圖 1 腫 瘤與非腫 瘤組織的環型擴增子發生頻率
2.復發性ai基因擴增往往發生在ecDNA上
579個環狀擴增子的染色體分布與非環狀擴增子的染色體區域相比是非隨機的(圖2a)。在24個常復發的擴增ai基因中，有38%常出現在環狀擴增子上，其中PAX8占11%，CDK4占62%(圖2b)。在至少5個樣本擴增的1,804個ai基因列表中，21.8%的ai基因具有多個環狀結構擴增。對于高度擴增的ai基因(即CN
> 8)，這一比例進一步增加到53.5%。中樞
神經系統中ai基因的環狀擴增比非環狀擴增更高。通過進一步觀察，ecDNA結構和ai基因擴增之間的關聯并未延伸到斷點。對于24個頻繁擴增的ai基因，在單位間隔內觀察特定數目斷點的頻率呈指數衰減，這與在ai基因周圍的大多數隨機發生保持一致(圖2c)。這些結果表明，ecDNA是通過隨機過程形成的，對促生長ai基因高拷貝的選擇導致ai基因在腫
瘤發育過程中快速擴增，而由于其遺傳不均一，保留了瘤內的遺傳異質性。
圖 2 環型擴增子的ai基因含量和結構成分