Количество внехромосомной кольцевой ДНК не увеличивается с возрастом у мышей

Источник внехромосомной кольцевой ДНК (extrachromosomal circular DNA, eccDNA) — хромосомная ДНК, причем это могут быть межгенные области, фрагменты генов и гены целиком. В последнем случае гены (например, онкогены) могут быстро увеличить число своих копий и уровни экспрессии. Мало известно о факторах, влияющих на формирование eccDNA в здоровых тканях животных. Также неясно, увеличивается ли ее количество с возрастом. Но так как eccDNA чаще формируются с областей хромосом, занятых генами, можно предположить, что свою роль играет транскрипция. Чтобы проверить это предположение и оценить роль старения в формировании eccDNA, ученые из Дании, Испании и Китая составили атлас eccDNA различных тканей мышей разного возраста.

Авторы отобрали образцы тканей мозга (кора и гиппокамп), подкожно-жировой ткани, висцеральной жировой ткани, печени, поджелудочной и скелетных мышц, чтобы выделить eccDNA. Образцы отбирали в возрасте трех месяцев (молодые мыши), 12 месяцев (взрослые мыши) и 22 месяцев (старые мыши), а также из нервных и других тканей эмбрионов E17.5.

Всего авторы выявили 567 963 eccDNA, из которых 16,8% имели размер менее 2000 п.н. и ранее считались микроДНК. Средний размер eccDNA составлял 4786,5 п.н (от менее 100 п.н. до 258 322 п.н.), что примерно соответствует данным для человеческих тканей и выше, чем ранее полученные данные для мышей (60–2000 п.н.).

С возрастом число eccDNA не повышалось. Такой ДНК было больше в тканях мозга, чем в других тканях, но незначительно. Эмбриональные ткани также значительно не отличались по количеству eccDNA. В среднем на одно ядро приходилось 45 уникальных eccDNA.

Число eccDNA коррелировало с длиной хромосом во всех тканях, а также с длиной генов (то есть больше всего eccDNA получалось из одних и тех же длинных генов во всех образцах). Это были, например, гены, связанные с работой синапсов, клеточными соединениями/адгезией и нейроразвитием.

Дальнейший анализ подтвердил наличие связи между уровнем транскрипции и числом eccDNA. Причем с возрастом снижался уровень транскрипции, после которого происходило значительное повышение числа eccDNA. Эффект не зависел от размера eccDNA. Для участков хромосом, из которых формировались eccDNA, были характерны открытый хроматин, гистоновые метки открытого хроматина H3K27ac и H3K4me1, гены, экзоны и интроны. Однако в возрасте 22 месяцев эти ассоциации исчезали (кроме связи с меткой H3K36me3). Все это значит, что профили eccDNA тканеспецифичны.

Далее авторы идентифицировали гены, более подверженные формированию eccDNA. Некоторые гены были «защищены» от этого процесса. У них было больше экзонов, чем в среднем у генов. То есть от формирования eccDNA были защищены гены с большей плотностью интронов и большим количеством изоформ транскриптов.

Таким образом, авторы не нашли связи возраста и накопления eccDNA в здоровых тканях, в то время как SNP и инделы накапливаются с возрастом. Возможно, это происходит потому, что eccDNA не реплицируются и разбавляются при делении клеток. Также возможно, что у животных есть механизм, избавляющийся от избытка eccDNA, хотя свидетельств этому не было найдено. Гены с высокой плотностью интронов и множеством изоформ сплайсинга частично защищены от образования eccDNA. Ожидается, что профили eccDNA в здоровой ткани будут отличаться от профилей в опухолевой ткани, где происходит отбор для амплификации онкогенов.

Внехромосомная кольцевая ДНК способствует онкогенезу