É amplamente reconhecido que o DNA é a unidade genética basic para a maioria dos organismos vivos1. Embora geralmente estejamos cientes de que o DNA é organizado linearmente em cromossomos, nossa cognição inerente foi quebrada com a descoberta de um tipo de estrutura round de DNA em 19652. Em explicit, o DNA round extracromossômico (ECCDNA) ganhou atenção crescente desde que foi descoberta em comum em 20153 e posteriormente encontrado para desempenhar um papel crítico na patogênese e na evolução do tumor em 20174 e 20195. O crescente interesse no ECCDNA destacou sua prevalência e significado em vários organismos6-9. Embora uma quantidade considerável de pesquisa esteja atualmente sendo realizada para entender seu papel no câncer, pouco se sabe sobre a biologia do ECCDNA em células de mamíferos não cancerígenas saudáveis.
O que queremos aprender
Nosso estudo tem como objetivo investigar:
(1) Como o ECCDNA é distribuído por diferentes tecidos somáticos em camundongos saudáveis em várias idades?
(2) O ECCDNA se acumula em tecidos saudáveis à medida que os ratos envelhecem?
(3) A ligação potencial entre a formação do ECCDNA e a atividade transcricional.
Como estudamos
Criamos nosso atlas coletando tecidos de camundongos machos C57BL/6NRJ do tipo selvagem em quatro idades (E17.5, 3M, 12m, 22m). Usando sequenciamento de círculo e seque e alto rendimento, identificamos 567.963 ECCDNAs de alta confiança através do pipeline de mapa de círculo. RNA-seq e DESEQ2 foram realizados para analisar ainda mais a expressão gênica. Para explorar a relação entre os níveis de transcrição e a formação de EccDNA, aplicamos a regressão quantil com ajuste de spline cúbico e suavização de loess. Essa abordagem levou a duas descobertas -chave, oferecendo insights cruciais sobre como os genes de mamíferos sofrem e evoluem para reduzir a carga mutacional.
Principais descobertas
1. A formação de EccDNA é afetada por genes com alta atividade transcricional.
Em primeiro lugar, nossa análise revela uma forte correlação entre a atividade transcricional e a formação de ECCDNA, com o número de ECCDNA aumentando logaritmicamente em função dos níveis de transcrição (Figura 1). Isso fornece evidências convincentes de que a formação do ECCDNA está diretamente ligada à transcrição. Notavelmente, os genes que desempenham os papéis mais significativos na formação do fenótipo celular, aqueles com alta transcrição de RNA, também são os mais suscetíveis à formação de EccDNA. Tais alterações genômicas podem comprometer sua função do tipo selvagem.
Se desenharmos uma analogia entre uma célula e uma biblioteca movimentada cheia de milhares de livros (genes), certos livros são frequentemente lidos por visitantes (genes com alta atividade transcricional). Com o tempo, a entrega repetida faz com que algumas páginas se desgastem ou até caam (assim como a formação de EccDNA induzida por fita dupla de DNA). Da mesma forma, genes altamente transcritos são mais propensos a “perder páginas”, levando à formação de EccDNA.
Esse achado é importante porque sugere que a atividade transcricional nos tecidos somáticos de mamíferos é inerentemente limitada pela carga de eccdna decorrente desses genes.
2. Os genes com mais formas de emenda e maior densidade de íntron tendem a ser protegidos da formação de EccDNA.
Nosso estudo revela ainda que certos genes são parcialmente protegidos da circularização induzida por transcrição. Assim como alguns livros emprestados frequentemente permanecem intactos devido a páginas mais em branco e mais cópias extras, genes com alta densidade de íntron e múltiplas variantes de emenda parecem possuir um “mecanismo de autoproteção” contra a formação de EccDNA (Figura 2).
Notavelmente, esses genes protegidos são específicos de tecido, caracterizados por muitas formas de emenda e alta densidade intron-exon (Figura 3). Essa descoberta é importante porque aborda uma questão de longa knowledge na genética sobre as forças evolutivas que impulsionam o ganho de íntron e a emenda em genomas eucarióticos10.
Em resumo, nosso manuscrito fornece novas informações sobre os mecanismos da evolução do gene e abre novas direções para pesquisas futuras sobre o ECCDNA (Figura 4).
Resultados surpreendentes
Nosso Atlas Eccdna mostra que o EccDNA não se acumula em tecido saudável de camundongo com o envelhecimento, o que é inesperado, dados os estudos em leveduras demonstraram o acúmulo de EccDNA como um dos principais fatores de envelhecimento replicativo nesse eucariote11. Esse achado também contrasta com o acúmulo relacionado à idade de outros tipos de mutação, como CNVs e indels, em epitelial12 e células -tronco13,14. Uma explicação possível é que o ECCDNA não se duplicate e é gradualmente diluído à medida que as células se dividem, semelhantes às observações em leveduras. Outra possibilidade é que as células animais possuam mecanismos para limpar ativamente o ECCDNA, embora nenhuma evidência direta para isso tenha sido encontrada. Como alternativa, as células que acumulam o ECCDNA podem entrar na senescência e desaparecer, causando a perda de ECCDNA.
Por que isso importa
Nossos achados revelam uma relação complexa entre atividade transcricional, estrutura gênica e formação de ECCDNA, fornecendo novas idéias sobre a estabilidade do genoma e a regulação da mutação. Demonstramos que genes altamente transcritos são mais propensos à formação de EccDNA, enquanto genes com alta densidade de íntron e múltiplas formas de emenda parecem estar protegidas, lançando luz sobre uma questão de longa knowledge na genética em relação às pressões evolutivas que moldam a arquitetura de genes. Essas características podem servir como um mecanismo de defesa pure, reduzindo o risco de eventos de circularização deletéria em genes essenciais. É importante ressaltar que o EccDNA desempenha um papel essential no câncer, ampliando oncogenes, promovendo a progressão do tumor e a resistência à terapia por acréscimo4,9,15-17. Compreender quais genes são mais afetados pela formação do ECCDNA e como a estrutura genética influencia esse processo pode fornecer novas estratégias para direcionar as células cancerígenas, preservando a função celular regular.
Referências
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