一項(xiàng)具有50年歷史的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)正在幫助研究人員更好地理解環(huán)狀DNA，這是一種鮮為人知且知之甚少的線性版本，通常與生命的基因藍(lán)圖有關(guān)。在密度梯度離心過程的幫助下，一支由德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校和斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家組成的研究小組最近發(fā)表了一項(xiàng)研究，該研究首次表征了蠕蟲中的所有環(huán)狀DNA。秀麗隱桿線蟲，以及三種人類細(xì)胞類型。

什么是環(huán)狀DNA?

構(gòu)成我們細(xì)胞中基因和染色體的DNA分子是繩狀鏈，兩端自由，形狀像扭曲的梯子或螺旋。這種稱為染色體DNA的DNA存在于每個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核中，并含有進(jìn)行生物學(xué)功能所需的遺傳指令。

但另一種稱為染色體外環(huán)狀DNA的DNA群體形狀像一個(gè)圓圈，沒有松散的末端，并且獨(dú)立于線性DNA存在。雖然研究人員開始更好地了解環(huán)狀DNA如何在人類中發(fā)揮作用，但仍有許多未知。該研究最近在線發(fā)表在G3：Genes，Genomes and Genetics雜志上，發(fā)現(xiàn)不同的細(xì)胞變種具有不同的環(huán)狀DNA。

“有趣的是，不同類型的細(xì)胞似乎擁有不同類型的這些圈子，即使在同一個(gè)人中也是如此，”主要研究作者，斯坦福大學(xué)貝克曼基金會(huì)博士研究員Massa Shoura博士說，他獲得了UT達(dá)拉斯的兩位博士學(xué)位。“它們并非都是平等的 - 你的皮膚細(xì)胞中的圓圈可能與我皮膚中的圓圈不同。”

'Circulome'可以預(yù)測(cè)疾病

在蠕蟲和人體細(xì)胞中，研究人員觀察到的圓圈是染色體DNA上編碼區(qū)的拷貝，這些區(qū)域含有制造特定蛋白質(zhì)的基因。雖然研究人員有關(guān)于如何創(chuàng)建這種環(huán)狀DNA的一些線索，但確切的過程并未得到很好的理解。

“我們認(rèn)為它們具有不同的功能，產(chǎn)生它們的機(jī)制不同，但需要更多的研究，”Shoura BS'08，MA'10，PhD'13，PhD'14說。“我們?cè)噲D找出的一件事是，是否有特定的循環(huán)DNA庫(kù) - 我們創(chuàng)造的術(shù)語(yǔ)'循環(huán)' - 特定于各種病癥，如癌癥。”

例如，Shoura和她的同事們正在調(diào)查健康組織中的圓圈組和來自同一個(gè)人的結(jié)腸癌組織之間是否存在顯著差異。如果是這樣，環(huán)狀DNA為癌癥提供了潛在的診斷生物標(biāo)志物。

“為了建立環(huán)狀DNA作為疾病的生物標(biāo)志物，我們首先必須有一種方法可靠，干凈地將環(huán)狀DNA從樣品中分離出來，凈化它，這樣我們就知道我們正在研究的只是圓圈，沒有其他遺傳材料混合在一起，“她說。“那就是我的UT達(dá)拉斯訓(xùn)練進(jìn)來的地方。”

什么是舊的再次新

在2015年加入諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Andrew Fire博士的斯坦福大學(xué)實(shí)驗(yàn)室之前，Shoura是一名研究生，在斯蒂芬·萊文博士，塞西爾H.和Ida系統(tǒng)生物科學(xué)綠色教授的實(shí)驗(yàn)室工作。對(duì)于Fire和Levene共同撰寫的G3發(fā)表的研究，該團(tuán)隊(duì)將Levene和Shoura的專業(yè)知識(shí)與稱為密度梯度離心的老派實(shí)驗(yàn)室技術(shù)結(jié)合在一起。50年前開發(fā) - 現(xiàn)在，根據(jù)Levene，很少使用 - 該方法基于密度分離DNA。

Levene和Shoura都說這種技術(shù)圍繞著更現(xiàn)代的分析方法。

“因?yàn)槲沂且幻芯可乙恢痹谑褂眠@種DNA分離技術(shù)，我仍然認(rèn)為這是恢復(fù)圓形DNA清潔樣本的最佳方法，”生物工程教授Levene說，他也是生物系的附屬機(jī)構(gòu)。 UT達(dá)拉斯的科學(xué)和物理學(xué)。

在該過程中，DNA與在小試管中含有氯化銫的致密鹽溶液以及與線性DNA和環(huán)狀DNA結(jié)合的染料混合。染料與每種DNA類型的結(jié)合不同，導(dǎo)致線性DNA的密度低于環(huán)狀DNA。當(dāng)樣品在超速離心機(jī)中以約120,000rpm的速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，較高密度的環(huán)狀DNA濃縮在管底部附近的條帶中。

研究人員還對(duì)其樣品進(jìn)行了更加現(xiàn)代化的純化方法，以進(jìn)一步確保圓形DNA樣品的清潔。“這項(xiàng)研究清楚地表明，環(huán)狀DNA是基因組的一部分;它在正常的DNA加工中發(fā)揮作用，”Shoura說。“我們研究的越多，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)人類基因組比我們想象的更具活力。”

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