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福利包 | 一文看遍 2021 年 eccDNA 研究精华
日期:2021年12月30日    来源:
2021 年是 eccDNA 研究井喷的一年,共计有超过 20 篇 eccDNA 相关的 SCI 论文发表,比 2020 年翻了一倍有余。有许多新增的物种、疾病的 eccDNA 表达谱得到了历史上shou次检测鉴定。在实验方法方面,涌现出了多个针对eccDNA 的新方法。在测序数据方面,有全新的的 eccDNA 数据库和数据分析方法面世。更加令人激动的是,2021 年还有好几篇重磅级的 eccDNA 功能机制研究文章登上了包括 Nature 在内的ding级期刊,在这其中还有国内首篇影响因子 10 分以上的 eccDNA 研究论文(云序生物有幸承担了该项研究当中的的circle-seq 实验和数据分析工作 )。
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下面,就让云序生物带您一起来快速了解 2021 年 eccDNA 研究领域的精华吧:

高分篇
1.基因局部扩增事件可以环状 DNA 形式存在,并与ai症预后相关
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论文标题Focal amplifications are associated with chromothripsis events and diverse prognoses in gastric cardia adenocarcinoma
发表杂志:Nature Communications(IF=14.92)
作者院校:郑州大学等校。
通过circle-seq全基因组测序全外显子测序等高通量测序技术,云序客户王立东教授团队揭示了贲门*中ERBB2,EGFR等*基因以环形DNA形式存在并形成了局部扩增,建立了ERBB2局部扩增、染色体碎裂与贲门*预后三者之间的关系。这是云序生物客户在 eccDNA领域取得重大突破,云序生物也成为国内shou家并且wei一有10分以上文章发表的环状DNA 测序(circle-seq)服务平台。云序生物对该文进行了详细解析:国内首篇,15分!云序circle-seq助力国内篇10分以上环状DNA研究
 
2. 染色体碎裂促进*基因局部扩增的进化
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论文标题Chromothripsis drives the evolution of gene amplification in cancer
发表杂志:Nature(IF=49.962)
作者院校:美国加州大学圣地亚哥分校等校。
在本研究当中,作者通过全基因组测序和 FISH 实验等研究手段发现,在具有甲氨蝶呤(Methotrexate,一种抗****化疗药物)抗性的特殊 Hela 细胞当中,染色体碎裂是引发基因组DNA以 ecDNA 形式发生局部扩增的一个主要机制。为了验证环状的 ecDNA 真实存在,研究者还设计了反式扩增引物,并成功扩增出了长达数十 Mb 的环状 DNA。这项研究的新发现为*细胞迅速适应新的生长条件以及药物耐受性提供了新的解释思路。
 
3.环状 DNA 是细胞凋亡产物,具有先天免疫作用

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论文标题eccDNAs are apoptotic products with high innate immunostimulatory activity

发表杂志:Nature(IF=49.962)
作者院校:美国哈佛大学等校。
作者在本文中shou次揭示了 eccDNA 作为细胞凋亡产物,诱导先天免疫反应的机制。作者先从高纯度的 eccDNA 纯化新技术入手,实现了富集效果远好于先前方法的 eccDNA 纯化;随后通过严谨的控制变量实验,作者逐一揭示了 eccDNA 的基因组来源、生物发生和生物学功能。云序生物对该文进行了详细解析:哈佛+Nature | 半个世纪的等待:eccDNA 三大关键问题答案全揭晓!
 
4.环状 DNA 在*细胞中成簇出现,具有转录调控作用
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论文标题ecDNA hubs drive cooperative intermolecular oncogene expression
发表杂志:Nature(IF=49.962)
作者院校:美国斯坦福大学等校。
本文研究发现*细胞中携带*基因的ecDNA成簇出现,形成ecDNA hubs。这种ecDNA hubs促进了新的增强子-启动子相互作用和*基因表达。此外,ecDNA hubs可能还涉及不同ecDNA分子上的转录调控元件,这些转录调控元件也可能调控远距离的基因表达。这一发现在ecDNA上的*基因调控如何有助于致*基因转录和*细胞的异质性上有重要意义。这是 eccDNA 相关的功能机制研究论文在一个多月内第二次登上 Nature 杂志。云序生物对该文进行了详细解析:Nature新发现——斯坦福大学揭示****细胞内ecDNA新机制!
 
5. 环状 DNA 可作为移动的增强子,具有转录调控作用

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论文标题Oncogenic extrachromosomal DNA functions as mobile enhancers to globally amplify chromosomal transcription eccDNA

发表杂志:Cancer Cell(IF=31.743)
作者院校:美国杰克逊基因医学实验室(Jackson Laboratory for Genomic Medicine)等机构。
该研究利用ChIA-PET和ChIA-Drop染色质互作分析,在全基因组水平上探究了影响ai症细胞转录过程的eccDNA介导的染色体互作。研究发现,培养的胶质母细胞瘤患者来源的神经球和前列腺*细胞中,ecDNAs具有普遍的ecDNA-ecDNA间和ecDNA-染色体间互作。这表明ecDNAs可以作为移动的转录增强子来促进****的进展,并显示了一种潜在的合成非整倍体的转录调控机制。云序生物对该文进行了详细解析:Cancer Cell研究新进展:eccDNA调控*基因转录
 
6.DNA 的 MMEJ 修复机制促进小环状 DNA 的形成,而 c-NHEJ 修复机制则起到抑制作用
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论文标题MicroDNA levels are dependent on MMEJ, repressed by c-NHEJ pathway, and stimulated by DNA damage
发表杂志:Nucleic Acids Research(IF=16.971)
作者院校:英国牛津大学等校
该项研究发现了 200-1000bp 的 microDNA 的成环机制——当DNA双链断链发生后,发生微同源末端修复(MMEJ),进而形成 microDNA。相反地,当细胞发生经典型非同源末端修复(c-NHEJ)时,microDNA 的成环受到抑制。因此,c-NHEJ 功能缺失的细胞在受到 DNA 双链断裂损伤后,会产生更多的环状 microDNA。***后,作者还确定了 microDNA 水平与细胞周期之间的关联关系,发现 microDNA 水平在 DNA 损伤高发的 S 期升高。
 
7.环状 DNA 存在于生殖细胞中,并与减数分裂重组率成反比
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论文标题Circular DNA in the human germline and its association with recombination
发表杂志:Molecular Cancer(IF=27.401)
作者院校:丹麦哥本哈根大学等校
该研究使用显微镜、长读长DNA测序和新的分析方法记录了来自人类精子的数千个eccDNA,并且发现 eccDNA的产生与减数分裂重组率成反比。对人类基因组中的插入片段的分析进一步表明,当 eccDNA 插入染色体后,可在人类生殖系中长期持续存在。此项研究对基因组物理图谱和遗传图谱差异的产生机制,以及对Alu元件如何与基因共同进化以保护基因组的完整性提供了解释。

新疾病、新物种篇
1.人类食管鳞*
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论文标题Extrachromosomal circular DNAs are common and functional in esophageal squamous cell carcinoma
发表杂志:Annals of Translational Medicine(IF=3.3932)
作者院校:山东大学齐鲁医院等。
通过circle-seq等高通量测序技术,云序客户田辉教授团队shou次揭示了食管鳞*中的eccDNA表达谱,并探究了eccDNA在食管鳞*中的潜在机制,为食管鳞*的临床诊断、医治等提供了进一步的见解。该文shou发了非常典型的 eccDNA 表达谱研究思路,只通过测序数据分析,加上 qPCR 和 Sanger 测序验证,就可以在3-6个月内短、平、快地发表文章。云序生物对该文进行了详细解析:又一篇!云序circle-seq助力环状DNA在食管鳞*当中的shou次研究
 
2.甘蔗
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论文标题The formation and evolution of centromeric satellite repeats in Saccharum species 
发表杂志:Plant Journal(IF=6.471)
作者院校:福建农林大学等校
该研究发现甘蔗(Saccharum officinarum)的 So103, So137 和 So119 着丝粒串联重复序列形成了 eccDNA。这些反转录转座子衍生的着丝粒卫星环状分子的存在,表明甘蔗当中存在一个由 eccDNA 介导的着丝粒卫星形成途径。这也是 eccDNA shou次在甘蔗中被报道。
 
3.拟南芥
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论文标题Deciphering extrachromosomal circular DNA in Arabidopsis
发表杂志:COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING(IF=6.756)
作者院校:山东农业大学等校
研究者通过对拟南芥(Arabidopsis thaliana)根、茎、叶、花等多个**的 12 份样品进行 eccDNA 测序,研究者发现了七百多个在多份样品中均有表达的 eccDNA,并发现了携带有 tRNA 基因的 eccDNA 的存在。 
 
4. 美洲野草 Amaranthus palmeri 
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论文标题Investigating the origins and evolution of a glyphosate-resistant weed invasion in South America
发表杂志:Molecular Ecology(IF=6.185)
作者院校:美国科罗拉多州立大学等校
该论文当中的研究对象Amaranthus palmeri是分布于美洲各地的一种野草。研究者发现,该物种对除草剂***(Glyphosate)的抗性是一个 eccDNA 赋予的。这导致了在 2010 年代当中,该野草在巴西和乌拉圭等南美洲国家的生物入侵现象的发生。
 
方法篇
1.环状 DNA 甲基化测序
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论文标题Characteristics of Fetal Extrachromosomal Circular DNA in Maternal Plasma: Methylation Status and Clearance
发表杂志:CLINICAL CHEMISTRY(IF=8.327)
作者院校:香港中文大学等校。
本文shou次提出了 eccDNA 甲基化的检测方法。本文作者香港中文大学的卢煜明(Y M Dennis Lo)教授团队曾在 2019 年**血浆中检测 eccDNA 的方法(云序生物对该文进行了深度解析,并基于该方法开发了血清血浆环状 DNA 测序服务),本文则在先前研究的基础上更上一层楼,使用温和的酶转化法,对孕妇血浆中母体来源和胎儿来源的 eccDNA 的甲基化特征进行了测序分析。云序生物在本文发表后的 5 月,就在国内率先发布了血清血浆环状DNA甲基化测序服务,可以做到同时检测环状DNA及其甲基化状况,节约样品,性价比高。云序生物对该文进行了详细解析:NIPT之父卢煜明揭秘染色体外环状DNA甲基化
 
2.环状转座元件测序
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论文标题Identification of Extrachromosomal Circular Forms of Active Transposable Elements Using Mobilome-Seq
发表书刊:Methods in Molecular Biology(IF=38.31) 系列丛书的 Plant Transposable Elements
作者院校:法国佩皮尼昂大学等校。
这是一篇实验方法文章,通过对基因组线性DNA的消化,以及对环状DNA进行滚环扩增,Mobilome-seq 得以选择性地扩增以染色体外环状DNA形式存在的转座元件。相比于基于全基因组测序的转座元件研究思路,Mobilome-seq 实现了对 eccDNA 形式存在的转座元件的富集,克服了过大的基因组对转座元件研究的障碍。通过使用该方法,已经在拟南芥、水稻、花生、土豆、白杨、果蝇等多种动植物中发现了转座元件。

3.基于 ATAC-seq 的环状 DNA 富集方法
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论文标题ATAC-Seq-based Identification of Extrachromosomal Circular DNA in Mammalian Cells and Its Validation Using Inverse PCR and FISH
发表杂志:Bio-Protocol
作者院校:美国维吉尼亚大学等校。
作者发明了一种利用 ATAC-seq 技术来筛选 eccDNA 的方法,并使用 PCR 和 FISH 验证了该方法所筛选得出的eccDNA 的真实存在。该方法的原研究论文在 2020 年发表于 Science Advances(IF=14.136),详细的实验步骤则于 2021 年 6 月 14 日发表于 Bio-Protocol。该方法利用 eccDNA 松弛的结构特点,使用 ATAC 技术富集出染色质结构松弛的 DNA,为 eccDNA 的纯化富集提供了一条另辟蹊径的思路。
 
数据篇
1.shou创公开的 eccDNA 数据库
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论文标题CircleBase: an integrated resource and analysis platform for human eccDNAs
发表杂志:Nucleic Acids Research(IF=16.971)
作者院校:北京大学第三医院等。
作者在本文中公布了全世界shou创公开的 eccDNA 数据库 CircleBase。CircleBase 通过结合测序数据集、计算预测和手工注释,来识别假定的功能性 eccDNA。对于每个假定的功能性 eccDNA,CircleBase 数据库中都详细给出了 eccDNA id、参考基因组染色体起止位置、来源组织细胞类型、来源文库类型、来源论文、发表日期、NCBI以及Ensembl两大数据库中临近基因的注释等信息。这样一个集成的 eccDNA 数据库和分析平台,将会shou个方便eccDNA 的研究和数据分享,是您不容错过的好工具。
 
2.新的 eccDNA 测序数据分析工具
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论文标题ecc_finder: A Robust and Accurate Tool for Detecting Extrachromosomal Circular DNA From Sequencing Data
发表杂志:Frontiers in Plant Science(IF=5.753)
作者院校:法国佩皮尼昂大学等校。
作者在本文中介绍了 ecc_finder 这个全新的 eccDNA 数据检测工具。与先前已经发表并得到多篇高分论文使用的circle_finderAmpliiconArchitect等只适用于 illumina短读长测序数据的分析软件不同,ecc_finder 还可以对包括Pacific Biosciences 和 Oxford Nanopore Technologies 在内的长读长单分子实时测序数据进行分析,从中预测eccDNA 的存在。并且,ecc_finder 还可以在没有参考基因组的情况下进行从头(de novo)分析,shou个拓展了理论上可进行 eccDNA 研究的物种范围。ecc_finder 软件已公开发布在 GitHub 上,可供研究者安装使用。在本文的通讯作者 Marie Mirouze 教授与先前介绍的 Mobilome-seq 方法论文的通讯作者系同一人。


小结
2021 年不仅是 eccDNA 相关研究论文在数量上突飞猛进的一年,也是 eccDNA 研究项目质量迈上新台阶的一年。eccDNA 的富集纯化以及测序数据分析技术已经日趋成熟,新的方法也不断涌现,研究者开始拥有越来越多趁手的工具,因此可以在未来探索更多物种和疾病当中的 eccDNA 特征,并在功能机制上对 eccDNA 获得更加深入的认识。这也正是您加入 eccDNA 研究领域的**时机!
 
云序生物eccDNA测序
云序生物是国内*早提供环状DNA测序服务的公司,早在2018年已启动了环状DNA测序技术的开发。2019年,云序率先发布了组织细胞环状 DNA 测序(circle-seq),并成为A&A Bio**代理(该品牌的环状 DNA 纯化柱被绝大部分环状DNA高分文章采用)。2020年,云序又相继发布了血清血浆环状DNA测序血清血浆环状DNA甲基化测序服务,均为全国**,并成为国内环状DNA产品线*全的测序公司。迄今为止,我们已经完成上千例样品的环状DNA测序,积累了丰富的项目经验,样品类型涵盖:组织﹑细胞﹑血清﹑血浆﹑尿液等,物种涵盖:人﹑小鼠﹑大鼠﹑拟南芥﹑果蝇﹑酵母﹑非洲爪蟾等。 
 
云序生物eccDNA相关产品

组织细胞环状 DNA 测序
血清血浆环状 DNA 测序
血清血环状 DNA 甲基化测序
环状 DNA Sanger 测序验证
A&A Biotechnology 环状 DNA 纯化柱

1.组织细胞环状DNA测序
云序生物基于circle-seq的方法,采用多种手段包括柱纯化去除基因组DNA、酶消化去除线性DNA和线粒体DNA、滚环扩增放大信号,高效地纯化和富集环状DNA,再利用NGS测序和生信分析识别环状DNA。结合优化的实验流程,本环状DNA测序服务具有检出率高﹑准确性好等优点。
技术优势:
  • 使用原装A&A biotechnology纯化柱高效富集环状DNA
  • 滚环扩增放大环状DNA信号,提高检出率
  • 专业的生信分析:详尽的注释、丰富的图表
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云序生物eccDNA测序实验示意图

2.血清血浆环状DNA测序
针对血清血浆微量样品,云序生物参考卢煜明教授团队开发的方法,酶切去除线性DNA后,利用Tn5转座酶,打开eccDNA环状结构并同时在DN**段两端加上接头,进行建库及测序。Tn5转座酶法效率高,损耗低,实现血液循环系统中微量的环状DNA的检测。并且本产品能保留环状DNA的原始表达量,使得不同环状DNA间的表达量的比较更为准确。
技术优势:
  • 减少DNA损失
  • 保留原始表达量,不同环状DNA间表达量比较更准确


3.血清血浆环状DNA甲基化测序
针对血清血浆样品,云序参考卢煜明教授团队今年研发的方法,酶切去除线性DNA后,利用Tn5转座酶,打开环状DNA环状结构并同时在DN**段两端加上接头,并用酶转化法将未甲基化的C转化为U,进行建库及测序。一次建库测序中同时检测样品中环状DNA及其甲基化位点的信息。
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技术优势:
  • 一箭双雕:同时检测环状DNA及其甲基化状况,节约样品,性价比高
  • 单碱基分辨的环状DNA甲基化分析
 
4.环状DNA sanger测序
针对测序项目中筛选出的环状DNA,云序提供sanger测序服务验证环状结构。其主要目的在于:为用户提供一种低成本的扩大样品量验证手段,节约实验成本。通过设计反向引物进行PCR扩增,将覆盖环状DNA连接位点的扩增产物进行sanger测序,验证连接位点处序列。

5.A&A Biotechnology 环状DNA纯化柱
A&A Biotechnology的纯化柱,是绝大部分环状DNA高分文章中所使用的纯化柱。云序生物是该品牌在国内的**总代理。

云序生物服务优势
优势一:**提供环状DNA测序服务和环状DNA甲基化测序的公司。
优势二:环状DNA相关服务产品线*全的公司。
优势三: A&A Biotechnology 总代理,采用原装A&A Bio纯化柱,环状DNA 纯化效果好。
优势四:一站式服务:您只需按照送样要求向云序生物寄送样品,我们就能为您完成从环状DNA 提取,文库制备,上机测序到数据分析整套服务流程。 
优势五:严格质控流程:云序生物质控流程严格,层层把关,为客户提供高准确度的结果。
优势六:专业化生物信息分析:云序生物强大生物信息团队,满足客户个性化数据分析要求。
 
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