Profilazione dei DNA circolari extracromosomici

Un nuovo metodo di sequenziamento fa luce sulla diversità e sulla complessità dei DNA circolari extracromosomici (eccDNA) nelle singole cellule.

Il genoma umano è racchiuso in strutture filamentose rivestite di proteine – chiamate cromosomi – all’interno del nucleo delle cellule. Il DNA circolare extracromosomico (eccDNA) deriva dal DNA cromosomico ed è stato identificato per la prima volta all’inizio degli anni ’60 nei nuclei delle cellule tumorali. L’eccDNA varia in dimensioni (da 50 a migliaia di paia di basi) e codifica per elementi regolatori e oncogeni. Diversi studi hanno suggerito che gli eccDNA possono svolgere un ruolo nell’amplificazione genica nel cancro, nell’invecchiamento e nella risposta immunitaria. Tuttavia, le loro funzioni cellulari non sono del tutto comprese. Ad oggi, sono stati sviluppati diversi approcci per l’identificazione degli eccDNA basati sull’ibridazione in situ a fluorescenza del DNA, sul sequenziamento dell’intero genoma e sul deep-sequencing (Circle-Seq). Sebbene questi approcci siano stati utilizzati con successo per individuare gli eccDNA da diverse cellule e tessuti, presentano anche degli svantaggi perché richiedono una grande quantità di campioni e non sono in grado di identificare gli eccDNA a bassa copia. Inoltre, questi metodi non forniscono informazioni sulla diversità e sulla complessità degli eccDNA presenti in una singola cellula.

I ricercatori Nicola Crosetto e Magda Bienko dello Human Technopole Genomics Research Centre e i colleghi del Karolinska Institutet e dello Science for Life Laboratory (Svezia) hanno sviluppato un nuovo metodo per la profilazione di eccDNA in cellule singole. La nuova tecnica, denominata scCircle-seq, è un adattamento del metodo Circle-Seq e consente di analizzare gli eccDNA in cellule singole vive e fissate e in nuclei isolati da cellule e biopsie tumorali. La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications.

Utilizzando scCircle-seq in linee cellulari normali e tumorali, i ricercatori hanno scoperto che il contenuto di eccDNA può variare all’interno di cellule dello stesso tipo e che specifici set di eccDNA identificano un determinato tipo di cellula. Inoltre, hanno scoperto che gli eccDNA derivano preferenzialmente da regioni di DNA arricchite in istoni trimetilati di tipo H3 (H3K9me3 e H3K27me3) e sono indotti durante lo stress da replicazione del DNA e la divisione cellulare. È interessante notare che Crosetto e colleghi non hanno trovato alcuna correlazione tra il numero di copie di eccDNA e l’espressione dei geni che codificano. L’analisi di campioni di cancro alla prostata e al seno ha rivelato l’esistenza di popolazioni di eccDNA specifiche per il tumore.

In sintesi, Crosetto e Bienko dimostrano che scCircle-seq è utile per profilare l’eccDNA da diverse fonti a livello di singola cellula. scCircle-seq può essere scalato e non richiede fasi intermedie di purificazione del DNA, riducendo così il rischio di perdere eccDNA poco abbondanti.

“scCircle-seq può essere utilizzato per esplorare la diversità degli eccDNA in diversi tipi di cellule e tessuti, contribuendo a comprendere l’origine e le implicazioni funzionali di questa affascinante forma di trasferimento di informazione genetica. Prevediamo che le future applicazioni di scCircle-seq a grandi coorti di campioni tumorali amplieranno ulteriormente le nostre conoscenze sull’eterogeneità dei genomi tumorali e apriranno la strada all’uso degli eccDNA nella diagnostica del cancro“, affermano gli autori.