母体血漿中の染色体外環状DNAの同定と特徴付け

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Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A..2020 01;117(3):1658-1665. 1914949117. doi: 10.1073/pnas.1914949117.Epub 2020-01-03.

母体血漿中の染色体外環状DNAの同定と特徴付け

Identification and characterization of extrachromosomal circular DNA in maternal plasma.

Sarah T K Sin
Peiyong Jiang
Jiaen Deng
Lu Ji
Suk Hang Cheng
Anindya Dutta
Tak Y Leung
K C Allen Chan
Rossa W K Chiu
Y M Dennis Lo

PMID: 31900366 PMCID: PMC6983429. DOI: 10.1073/pnas.1914949117.

抄録

妊婦の血漿中の染色体外環状DNA（eccDNA）の存在を調べた。制限酵素処理またはTn5トランスポザーゼ処理後のシークエンスにより、妊婦の血漿中のeccDNA分子を同定した。その結果、これらのeccDNA分子は、約202bpと約338bpにピークを持つ二峰性の大きさ分布を示し、両ピーク内では10bpの周期性を持つことから、ヌクレオソーム由来のものであることが示唆された。また、eccDNAの338bpピークが優勢であることから、ヒト血漿中のeccDNAは線状DNAよりも大きなサイズ分布を持っていることが示唆された。さらに、胎児由来のeccDNAは母体由来のeccDNAよりも短いことが明らかになった。eccDNA分子の全体的な集団のゲノムアノテーションから、これらの分子は5'-非翻訳領域（5'-UTR）、エキソン領域、およびCpG島領域から生成されることが明らかになった。eccDNAの接合部位に隣接する2つのトリヌクレオチドリピートモチーフのセットは、eccDNA生成の複数の可能性のあるモデルをサポートしていました。本研究は、循環型核酸の研究と応用のための新たな方向性である血漿DNAのトポロジカル解析を浮き彫りにした。

We explored the presence of extrachromosomal circular DNA (eccDNA) in the plasma of pregnant women. Through sequencing following either restriction enzyme or Tn5 transposase treatment, we identified eccDNA molecules in the plasma of pregnant women. These eccDNA molecules showed bimodal size distributions peaking at ∼202 and ∼338 bp with distinct 10-bp periodicity observed throughout the size ranges within both peaks, suggestive of their nucleosomal origin. Also, the predominance of the 338-bp peak of eccDNA indicated that eccDNA had a larger size distribution than linear DNA in human plasma. Moreover, eccDNA of fetal origin were shorter than the maternal eccDNA. Genomic annotation of the overall population of eccDNA molecules revealed a preference of these molecules to be generated from 5'-untranslated regions (5'-UTRs), exonic regions, and CpG island regions. Two sets of trinucleotide repeat motifs flanking the junctional sites of eccDNA supported multiple possible models for eccDNA generation. This work highlights the topologic analysis of plasma DNA, which is an emerging direction for circulating nucleic acid research and applications.