科學家首次解析腫瘤染色體外DNA的環狀結構與功能

　　早期研究認為腫瘤中大量擴增的原癌基因存在于染色體上。2017年，來自美國加州大學圣迭戈分校的Paul Mischel教授團隊在Nature雜志上指出，它們是以染色體外DNA（extrachromosomal DNA，ecDNA）的形式存在的，但ecDNA的結構和功能一直缺乏直接的證據。

　　2019年11月21日，Paul Mischel教授團隊再次在Nature雜志上發表了題為“Circular ecDNA promotes accessible chromatin and high oncogene expression”的文章，該研究首次解析了ecDNA的結構與功能。研究團隊利用超微結構電子顯微鏡、遠程光學作圖、全基因組測序、計算機分析等技術闡述了ecDNA的四大特點。一是環狀結構。研究團隊首先結合二代全基因組測序和光學匹配（optical mapping），從序列的角度發現，擴增出來的ecDNA形成了環狀結構。進一步使用影像學的方法，包括掃描電鏡、透射電鏡、3D結構照明顯微鏡等方法，獲得了環狀DNA的清晰圖片證據，最終證實了腫瘤中的ecDNA確實是環狀的。二是大量表達癌基因。研究團隊發現ecDNA攜帶的基因是癌癥基因組中表達最高的基因之一，ecDNA編碼的癌基因表達量位居癌基因組前1%。三是高度開放的染色質。研究團隊使用了ChIP-seq和免疫熒光技術，證實了ecDNA同樣具有染色質結構，由核小體單元構成，同時也證實ecDNA含有增強子與啟動子的組蛋白修飾（H3K4me1/3，H3K27ac），但卻缺乏抑制性組蛋白修飾，如H3K9me3與H3K27me3。通過ATAC-seq，MNase-seq，以及ATAC-see，研究團隊進一步發現，ecDNA的染色質是高度開放的，進一步解釋了為何ecDNA上的癌基因能夠大量表達。四是ecDNA的環狀結構可介導超遠距離相互作用。研究團隊使用染色質構象捕獲及測序技術，PLAC-seq（或者叫Hi-ChIP，一種信息簡并的Hi-C技術）和4C-seq，以及CTCF與SMC3的ChIP-seq，證實了ecDNA染色質也能形成三維結構，并且存在拓撲相關結構域。同時，由于ecDNA形成了環狀結構，遠處的DNA元件，就被帶到了近處，從而實現了超遠距離的相互作用。而這種超遠距離的相互作用，還可能形成了新的基因調控回路。