50年前的实验技术依然能发挥余热

在古老实验技术“密度梯度离心法”的帮助下，德州大学Dallas分校和斯坦福医学院的研究人员最近在《G3: Genes|Genomes|Genetics》首次报道了线虫和三种人类细胞的所有环状DNA表征。

　　

文章一作Massa Shoura博士

包括质粒、cccDNA（病毒在宿主细胞核内所形成的共价闭环DNA）、环状细菌染色体、线粒体DNA、叶绿体DNA在内的环状DNA（circular DNA，circDNA）是线性DNA的表亲，但与后者相比，还处于待了解阶段。

什么是环状DNA

构成基因和染色体的人类DNA分子一般是两端自由的“绳状”螺旋结构，我们称之为染色体DNA，存在于细胞核中，包含了执行生物所有功能的遗传指令。

另一类DNA被称为染色体外环状DNA，形状像一个“圈”，没有松散的两端。

最近这篇文章惊奇的发现，不同细胞品种内存在着不同的环状DNA。

“即使是来自同一个人的不同类型细胞，环状DNA的内容依然存在差别。不同人的环状DNA更是谱写着与众不同的‘剧本’，”曾经在德州大学Dallas分校获得两个博士学位的斯坦福医学院博后研究员Massa Shoura博士说。

“环状基因组（Circulome）”可以预测疾病

在线虫和人类细胞中，研究人员都观察到了包含染色体DNA编码区拷贝信息的环状DNA。研究人员对这种情况的产生原因已经有了一些线索，但确切过程还不是很清楚。

“我们认为根据不同功能，它们的生成机制也不相同，我们仍需进一步研究，” Shoura说。“我们正试图寻找是否存在与特殊疾病如癌症相关的特化环状DNA，这类标志性遗传物质我们称其为‘环状基因组’ 。”

例如，Shoura和她的同事正在调查来自同一个人的健康组织和结肠癌组织的环状基因组之间的差异。如果他们找到了这种差异，环状DNA就可以成为癌症诊断的潜在标志。

为了确立环状DNA作为生物标记物的身份，他们首先必须选择一种可靠且干净的方法将它们从DNA样本中分离纯化出来。

旧物新用

在Shoura加入斯坦福的诺贝尔奖获得者（Andrew Fire博士）实验室之前，是系统生物学教授Stephen Levene、Cecil H. 和Ida Green的研究生。据Levene和Shoura说，50年前发明的密度梯度离心法虽然现在已经很少被使用了，但在分离环状DNA方面该方法比现代分析方法有优势。

“我依然认为它是回收纯净DNA样本的最佳方式，”德州大学Dallas分校生物科学和物理学系教授Levene说。

在这个过程中，DNA混合物被置于盛有氯化铯的离心管中，里边还有分别与线性DNA和环状DNA相结合的染料。在120000rpm离心旋转下，密度较低的线性DNA漂浮在上，高密度的环状DNA沉淀在下。

研究人员使用现代纯化方法，对样本进行额外分离，最终确保了环状DNA样本的纯净度。

“我们的结论清楚地表明，环状DNA是基因组的一部分，参与正常DNA进程，”Shoura说。“人类基因组可能远比我们想象的更有活力！”

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原文标题：Intricate and Cell-type-specific Populations of Endogenous Circular DNA (eccDNA) in Caenorhabditis elegans and Homo sapiens