2021年4月8日，来自基因组医学杰克逊实验室的Roel G.W. Verhaak 和Chia-Lin Wei在Cancer Cell杂志上发表文章Oncogenic extrachromosomal DNA functions as mobile enhancers to globally amplify chromosomal transcription，利用ChIA-PET和ChIA-Drop染色质互作分析来表征全基因组水平的ecDNA介导的染色体互作，且这种互作影响癌症细胞的转录过程。培养的胶质母细胞瘤患者来源的神经球和前列腺癌细胞中，ecDNAs具有广泛的ecDNA-ecDNA间和ecDNA-染色体间互作。ecDNA-染色体互作位点具有广泛、高水平的H3K27ac信号，主要集中在表达水平增加的染色体基因上。在前列腺癌细胞中加入含有特征增强子的合成ecDNA，导致染色体基因转录的全基因组激活。对ecDNAs的染色体靶点进行单分子分辨率的解析，发现活跃性表达的癌基因在空间上聚集在ecDNA介导的互作网络中。研究表明ecDNAs可以作为移动的转录增强子来促进肿瘤的进展，并显示了一种潜在的合成非整倍体的转录调控机制。研究人员在3株胶质母细胞瘤患者来源的神经球细胞系中进行ChIP-ChIA-PET分析，其中2株是ecDNA+（ecEGFR：含有EGFR的ecDNA；ecMYC：含有MYC的ecDNA），1株是ecDNA-。染色体互作图谱显示，ecDNA与整个基因组都具有广泛的互作。为了定量评估染色体区域互作程度，引入基因组内反式染色体互作频率nTIF的概念。平衡拷贝数等因素后，发现ecMYC和ecEGFR的adjnTIFs显著较高，每一拷贝ecDNA的adjnTIFs显著高于每一拷贝的染色体的adjnTIFs。即ecDNA表现出广泛的染色质互作性，并且ecDNA在基因组的高互作频率是自主能力驱动的。利用ChIA-PET来沉淀RNA聚合酶RNAPII相关的染色质，并分析ecDNA相关的染色质互作网络，包括ecDNA-ecDNA间和ecDNA-染色质间互作。ecDNA+细胞中，ecMYC、ecEGFR和ecCDK4的adjnTIFs显著升高，说明这些细胞系中主要的ecDNA包含这三种癌基因或者它们在分子间非常接近。ecDNA+细胞中，ecDNA区域的adjnTIFs显著高于染色体；染色体外扩增区域具有显著升高的adjnTIFs。说明ecDNA-ecDNA间和ecDNA-染色质间都具有广泛的互作。ecDNA元件与染色体互作与RNAPII结合具有相关性，表明ecDNA具有重要的转录调控功能。那么RNAPII参与的ecDNA-染色体互作与转录调控是否具有相关性？使用ChIP-seq检测RNAPII结合和H3K27ac修饰从而标定活性启动子和转录增强子，对与ecDNA互作的染色质区域的RNAPII结合情况进行分析，发现相比于ecDNA-细胞的天然染色质区域的顺式互作，ecDNAs区域的顺式互作频率显著增加5-17倍。ecDNAs与其染色质靶标之间的互作位点多富集在启动子区域，具有高水平的H3K27ac信号，并与细胞系中H3K27ac峰具有重合性，说明ecDNAs中癌基因的转录进一步被染色质的增强子放大。同样，在ecDNAs中观察到高频率接触位点和H3K27ac峰的同时出现，说明增强子信号在ecDNA-染色质互作位点上富集。进一步分析与染色质互作的ecDNA分子的特征，发现ecDNAs的高频率互作位点上H3K27ac信号显著富集，信号峰的跨度较大，具有超级增强子（SEs）的特征。超级增强子不仅倾向于富集在ecDNAs，而且促进ecDNA-染色质互作。虽然SE位点仅占ecDNAs总大小的2%-18%，但其介导的ecDNA-染色质互作占31%-73%的比例。此外，启动子与ecDNAs有互作的基因表达水平显著升高，ecDNA互作的基因表达水平与ecDNA-互作频率正相关。将合成的ecDNA转染到ecDNA阴性的细胞中，整体上激活染色体基因的表达。即ecDNA不仅仅可用于癌基因扩增，也可作为一种移动的增强子，调控染色体基因的转录激活。SEs在ecDNAs上富集和大多数ecDNA-染色质互作位点都在选择性SE区域上聚集，两者表明ecDNAs可能是多价聚集染色质中枢的核心。利用ChIA-Drop实现单分子分辨率水平对染色质互作的复杂性进行解析，揭示出ecDNA SE可能作为结构性平台机制实现癌基因的共聚集，从而实现协同转录共激活，促进肿瘤的发生。总的来说，研究报道了肿瘤中ecDNAs-染色质的互作网络，揭示出ecDNAs作为移动的超级增强子驱动全基因组转录扩增，包括癌基因的扩增。研究发现了ecDNA新的功能机制，反式调控染色质基因的转录，促进肿瘤生长。https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1535610821001641?via%3Dihub
