揭示了染色体外DNA维持与DNA损伤反应之间的相互作用

染色体外DNA（ecDNA）是一种独特的环状DNA，存在于正常染色体之外。它只存在于肿瘤细胞中，通常携带致癌基因（致癌基因），在大多数人类癌症中都可以检测到。

最近的研究强调了ecDNA在肿瘤进展中的关键作用，包括增强遗传异质性、促进肿瘤适应和恶化患者预后。然而，控制ecDNA复制和维持的分子机制及其功能影响仍然知之甚少。

现在，由中国科学院深圳先进技术研究院（SIAT）的甘海云教授领导的一个研究小组发现了ecDNA维持与DNA损伤反应（DDR）之间的相互调节关系，加深了我们对这些机制的理解。该研究于4月28日发表在《细胞》杂志上。

ecDNA研究的一个主要障碍是缺乏良好控制的细胞系模型。为了克服这个问题，Gan教授的团队使用CRISPR技术设计了两个ecDNA阳性（ecDNA+）细胞模型，创建了匹配的细胞系对进行严格比较。

使用这些模型，研究小组首次直接证明了ecDNA在ecDNA+细胞中积极复制并稳定维持。他们还确定了参与ecDNA复制的关键分子，为未来的研究提供了宝贵的资源。

此外，研究小组发现，ecDNA复制会触发共济失调毛细血管扩张突变（ATM）介导的DNA损伤反应（DDR）途径。在ecDNA+细胞中，复制和转录活性都有所增加，显著提高了复制体或转录复合物与拓扑异构酶DNA复合物（TOPCC）相遇的可能性。这些遭遇导致了流产的TOPCC和双链断裂（DSBs）的形成，最终导致ecDNA+细胞内DDR的激活。

这项研究也加深了我们对ecDNA如何维持的理解。研究小组发现，替代的非同源末端连接（alt-NHEJ）途径对于修复ecDNA相关的DNA损伤，特别是DSBs至关重要。抑制关键的alt-NHEJ因子，如LIG3，会破坏ecDNA的循环，并显著降低肿瘤细胞中的ecDNA水平。这些发现表明，ecDNA的维持在很大程度上依赖于alt-NHEJ通路。

此外，研究小组还探讨了这些发现的翻译意义。他们发现，抑制DDR成分会特异性地伤害ecDNA+细胞，而ecDNA是细胞生长和存活所必需的。这表明，靶向DDR或alt-NHEJ通路可能提供一种针对ecDNA驱动的癌症的新治疗策略。

“我们的工作为DDR在ecDNA动力学和进化中的作用提供了见解。它表明，ATM介导的DDR和alt-NHEJ对某些癌症中ecDNA的持久性至关重要，尽管需要更多的研究来了解ecDNA对肿瘤异质性、进展和耐药性的影响。针对这些途径可能为ecDNA驱动的肿瘤的诊断、预后和治疗提供新的策略，”甘教授说。p