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eccDNA常见分析问题解答,你值得拥有

 昵称70100404 2020-08-25
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Q:如何保证在eccDNA结果中线粒体是去除的?线粒体DNA占genomic DNA的比率大概是多少?

A: eccDNA中的线粒体是无法完全去除的,只能降低其在产物中的比率。 首先在eccDNA试验过程中,利用不同的核酸内切酶可以对线粒体进行消化。再者,将eccDNA下机数据在比对到参考基因组后,可以得到比对到线粒体的比率。一般而言,eccDNA测序数据在线粒体上的比对率小于10%。

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Q:对于不同物种的eccDNA试验设计而言,测序深度是否有差异?测序深度和基因组大小有没有关系?

A:不同物种,测序深度是有差异的,在一定的测序量下,物种基因组越大,覆盖的深度越低。根据Devitt., et al. [1]一文中对eccDNA数据饱和度的估计,如下图所示,在50M的数据量下eccDNA鉴定数目趋于饱和,现嘉因对人和小鼠的eccDNA样本一般会测24G的数据量(约80M reads),能够满足后续的分析需求。

[1] Devitt, Mller Henrik , et al. "Near-Random Distribution of Chromosome-Derived Circular DNA in the Condensed Genome of Pigeons and the Larger, More Repeat-Rich Human Genome." Genome Biology and Evolution 1(2019):1.

 

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Q:eccDNA能否和ATAC-seq和ChIP-seq联合分析,如果能,可以得到什么样的结果?

A:利用基于Tn5酶处理的ATAC-seq数据可以鉴定正常和癌症细胞系中的eccDNA,具体细节详见嘉因生物公共号中关于Kumar P., et al [2]一文的解读(什么?ATAC-seq数据居然能鉴定eccDNA?)。eccDNA与ATACseq 的联合分析能够得到开放染色质区域的eccDNA,而位于eccDNA上的基因与肿瘤细胞对于环境的适应性相关(如下图1),参考文章详见Wu S., et al.[3]。同样,利用ChIPseq与eccDNA进行联合分析,可以对位于eccDNA上的基因的转录机制进行解析,在胶质母细胞瘤样本中作者发现EGFR基因会从染色体脱落产生eccDNA,结合ChIPseq测序数据,作者发现EGFR增强子元件在9种胶质母细胞瘤种得到了持续扩增(如下图2),文章详见 Morton Andrew R., et al.[4]

[2] Kumar P , Kiran S , Saha S , et al. ATAC-seq identifies thousands of extrachromosomal circular DNA in cancer and cell lines[J]. ence Advances, 2020, 6(20):eaba2489.

[3] Wu, Sihan , et al. "Circular ecDNA promotes accessible chromatin and high oncogene expression." Nature 575.7784(2019):1-5.

[4] Morton Andrew R, Faber Zachary J et al. “Functional Enhancers Shape Extrachromosomal Oncogene Amplifications.”Cell, 2019, 179: 1330-1341.e13.                             

  

  

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Q:eccDNA的注释特点是什么?通常来说在哪个功能区域的eccDNA占比较高?

A:Teressa., et al.[5] 发现eccDNA 来自于基因组中的热点区域,包括:5′UTRs, exons 和 CpG islands。Kumar, et al [6] 报道称,eccDNA在内含子,基因,重复元件区域存在较多,结果见下图。

[5] Teressa, Paulsen , et al. "Small extrachromosomal circular DNAs, microDNA, produce short regulatory RNAs that suppress gene expression independent of canonical promoters." Nucleic Acids Research 9(2019):9.

[6] Kumar, Pankaj , et al. "Normal and Cancerous Tissues Release Extrachromosomal Circular DNA (eccDNA) into the Circulation." Molecular Cancer Research Mcr (2017):1197.

 

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Q:鉴定eccDNA的软件除了circleMap以外,还有没有其它的软件?

A:除circleMap外,CircleFinder,  AmpliconArchitect也是大家常用的软件。

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Q:如何保证数据分析到的是eccDNA而不是染色体DNA序列?

A: 在eccDNA建库测序前,试验人员已利用内切酶和外切酶对线性染色体上的DNA进行去除,关于试验流程,嘉因之前的帖子里有详细的介绍(这是一份详细的eccDNA富集protocol)。

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Q:植物样本的可以做eccDNA吗?植物基因组比较小就几百Mb,测序数据量有何建议?

A:植物样本可以进行eccDNA的相关试验,不过在线粒体和线性染色体去除步骤要找到合适的内切酶及marker基因,目前在人和小鼠上marker基因比较明确,其它物种需老师提供marker基因,或者按照人和小鼠的反应条件直接进行试验。关于测序量的问题,参考问题2。

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Q:关于生物学重复有何建议?临床样本不低于多少样本?

A:在临床样本中,目前调研到的生物学重复最低是6个,来源于文章Møller, H.D., et al.[7]。目前不同癌症类型的细胞系中鉴定eccDNA主要关注不同癌症类型,同一癌症类型的试验设计较少。 

[7] Møller, H.D., Mohiyuddin, M., Prada-Luengo, I. et al. Circular DNA elements of chromosomal origin are common in healthy human somatic tissue. Nat Commun 9, 1069 (2018). https:///10.1038/s41467-018-03369-8

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Q:eccDNA能否分析突变?

A:eccDNA对于端点处的判定逻辑与结构变异,无论是在生物学机制的产生,还是相关软件的鉴定条件均有一定程度的相似性,是可以进行这方面的研究的。

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Q:能否分析eccDNA来源的RNA?

A:发表于2019年Nucleic Acids Research 杂志的Teressa P., et al.[8] 文章中给出了答案。作者通过验证人工合成的环状DNA功能后发现,环状DNA能够产生短的调控RNA(microRNA/ si-like RNA),在没有典型启动子的情况下抑制基因的表达。来源于外显子的microDNA能够通过短的发夹结构抑制目标基因的表达;microRNA能够通过与RNA聚合酶相关,抑制基因表达。

另外,在癌症样本中,作者通过对鉴定出的eccDNA上的mRNA进行数据分析后发现,位于eccDNA上的致癌基因能够转录更多的转录本,结果如下图1所示,表达量高的致癌基因包括(图2):EGFR,MYC,CDK4,MDM2,这些基因在癌症基因组中的表达量为top1%,文章详见链接Wu S., et al. [9]

[8]Teressa P , Yoshiyuki S , Pankaj K , et al. Small extrachromosomal circular DNAs, microDNA, produce short regulatory RNAs that suppress gene expression independent of canonical promoters[J]. Nucleic Acids Research, 2019(9):9.

[9]Wu S , Turner K M , Nguyen N , et al. Circular ecDNA promotes accessible chromatin and high oncogene expression[J]. Nature, 2019, 575(7784):1-5.

  

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