CTM最新成果:首次揭示尿液染色体外环状DNA特征

2022-08-23 49CNGBdb

2022年4月27日,青欧生命科学高等研究院罗永伦教授团队与华中科技大学附属同济医院何凡教授团队,共同在Clinical and Translational Medicine (IF=11.5)在线发表研究论文“Circle-Seq reveals genomic and disease-specific hallmarks in urinary cell-free extrachromosomal circular DNAs”,该论文展示了尿液中染色体外环状DNA研究的最新成果。

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支持此项研究结果的相关测序数据已存储于国家基因库生命大数据平台(CNGBdb),项目编号分别为:CNP0002377CNP0002782

研究团队通过一种改良的Circle-Seq方法,在人类尿液中首次发现游离染色体外环状DNA (extrachromosomal circular DNA, eccDNA)。研究证实,eccDNA在人类尿液中很常见(ucf-eccDNA),其长度大多小于 1000 bp,具有较高GC含量,通常来源于富含基因的区域、短散在序列 (SINE) 以及简单重复元件(simple repeat)区域。研究发现,晚期慢性肾病 (CKD) 患者的ucf-eccDNA含量较高。在CKD患者中,研究人员还观察到miRNA编码基因在ucf-eccDNA上具有富集现象。这项工作不仅体现了ucf-eccDNA作为泌尿生殖系统疾病诊断生物标志物的潜在应用价值,还为领域内其他研究提供了重要参考。

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主要研究结果 ##

研究人员收集了28名健康人与21名晚期CKD1患者的尿液样本,使用改良的Circle-Seq2方法全面揭示了ucf-eccDNA的特征。

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研究发现ucf-eccDNA呈多峰分布,其中最显著的峰值为358bp;ucf-eccDNA的GC含量与其上下游序列相比更高,并且与模拟数据集具有显著差异。ucf-eccDNA在染色体上的分布具有偏好性,具体表现为:在特定染色体 (例: 19号染色体) 上存在相对较多富集;在编码基因区域分布较多;异染色质区域分布相对较少。ucf-eccDNA的相对数量在性别上的差异不显著。

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研究人员通过对基因元件分析发现,ucf-eccDNA较多分布于CpG岛和外显子区域。

重复序列的分析中,ucf-eccDNA在短散在序列 (SINE) 与简单重复 (Simple-repeat) 的占比较为显著。

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研究人员提取了ucf-eccDNA起止位点的上下游序列,发现简单重复序列在ucf-eccDNA的起止位点上下游附近较为普遍。

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最后该研究探讨了ucf-eccDNA临床应用的潜在价值。慢性肾病患者的ucf-eccDNA与健康人相比,其相对数量更高。研究人员在CKD患者组的ucf-eccDNA上发现了miRNA编码基因明显增加的现象,并对其中的个别基因进行了验证。这一发现表明慢性肾病的发病机制可能存在与转录调控机制失调的相关性。

中国科学院大学博士研究生吕伟、青欧研究院研究员    潘晓光、韩鹏以及青岛大学学生王梓聿为本项研究论文的共同第一作者。

参考文献:
1.  Levey, A. S. & Coresh, J. Chronickidney disease. Lancet 379, 165-180,doi:10.1016/S0140-6736(11)60178-5 (2012).
2.  Moller, H. D.Circle-Seq: Isolation and Sequencing of Chromosome-Derived Circular DNAElements in Cells. Methods Mol Biol 2119, 165-181,doi:10.1007/978-1-0716-0323-9_15 (2020).
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ctm2.817

信息来源:“青欧生命科学高等研究院”公众号

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