深圳子科生物報道：香港中文大學盧煜明（Dennis Lo）教授領導的研究團隊近日從孕婦血漿中鑒定出母親和胎兒的環(huán)狀游離DNA，這為無創(chuàng)產(chǎn)前檢測提供了一種新型的生物標志物。這項成果于1月3日發(fā)表在《美國科學院院刊》（PNAS）上。

早在十年前，盧煜明教授就發(fā)現(xiàn)，利用母體的血漿樣本能夠獲得胎兒的全基因組圖譜，這項重要的成果成為無創(chuàng)產(chǎn)前檢測（NIPT）的里程碑。不過，之前的研究主要是基于線性DNA片段。盡管在小鼠血漿中曾觀察到染色體外環(huán)狀DNA（eccDNA），但尚未在孕婦血漿中檢測到這種分子。

盧煜明及其同事此次從孕婦血漿中分離出eccDNA分子并開展測序。他們發(fā)現(xiàn)，胎兒來源的eccDNA分子通常比母體來源的分子更短。鑒于eccDNA對核酸外切酶的耐受性更好，故比線性DNA更穩(wěn)定?！澳阁w血漿中的eccDNA為迅速發(fā)展的無創(chuàng)產(chǎn)前檢測領域增添了新工具，”作者在文中寫道。

圖 eccDNA的鑒定流程（圖片來自原文）

在這項研究中，研究人員分析了五名孕婦的血漿DNA。在富集了環(huán)狀DNA之后，他們利用限制性內(nèi)切酶MspI將其線性化，接著利用Illumina的HiSeq 1500/2500平臺對eccDNA分子進行測序。

利用母體和胎兒特異性SNP，研究人員確定了eccDNA分子的來源。他們發(fā)現(xiàn)，胎兒來源的eccDNA分子通常比母體來源的eccDNA分子更短，平均長度約為202 bp，而母體eccDNA的平均分子量約為338 bp。他們指出，這與線性游離DNA的結(jié)果一致。

不過，他們懷疑限制性內(nèi)切酶MspI的消化影響了可以分析的eccDNA部分。為了證實他們的結(jié)果，他們還使用了一種標簽片段化（tagmentation）的方法，從另一組五名孕婦中分離并分析eccDNA。

與限制性內(nèi)切酶方法相比，這種方法鑒定出的eccDNA分子要多得多，而胎兒eccDNA同樣小于母體eccDNA。之后研究人員將eccDNA定位回基因組，發(fā)現(xiàn)他們集中在5’-非翻譯區(qū)、外顯子區(qū)和CpG島區(qū)域，表明環(huán)狀DNA并不是從基因組中隨機產(chǎn)生的。

eccDNA中也存在反復出現(xiàn)的模式：起始位點和終止位點的兩側(cè)均伴有三核苷酸motif序列，中間存在4 bp的間隔區(qū)。他們在進一步分析這些模式后表明，雙鏈DNA形成eccDNA的機制是同源重組和微同源介導的末端連接。

不過，研究人員也指出，基于限制性內(nèi)切酶和標簽片段化的方法都會選擇性地作用于雙鏈DNA，這可能導致他們低估單鏈eccDNA的存在。

盧煜明及其同事認為，由于環(huán)狀DNA比線性DNA更為穩(wěn)定，來自母體血漿的eccDNA最終有望成為生物標志物。在未來的研究中，他們有意探索各種妊娠相關疾病的eccDNA圖譜的異常，比如先兆子癇和早產(chǎn)。

原文檢索

Identification and characterization of extrachromosomal circular DNA in maternal plasma

Proceedings of the National Academy of Sciences Jan 2020, 201914949; DOI: 10.1073/pnas.1914949117