《无细胞环状DNA的纯化和分析技术》
Cell-Free
Circulating DNA: Purification and Analysis Techniques
作者：Kristina Warton、Goli Samimi
出版社：World Scientific
Publishing Company
索书号：Q523/C393w/2022/Y
ISBN：9789811244674
脱氧核糖核酸（英文DeoxyriboNucleic Acid，缩写为DNA）是生物细胞内含有的四种生物大分子之一核酸的一种。DNA携带有合成RNA和蛋白质所必需的遗传信息，是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。DNA是由脱氧核苷酸组成的大分子聚合物。脱氧核苷酸由碱基、脱氧核糖和磷酸构成。其中碱基有4种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。
DNA 分子结构中，两条多脱氧核苷酸链围绕一个共同的中心轴盘绕，构成双螺旋结构。脱氧核糖-磷酸链在螺旋结构的外面，碱基朝向里面。两条多脱氧核苷酸链反向互补，通过碱基间的氢键形成的碱基配对相连，形成相当稳定的组合。
在细胞分裂之前，DNA复制过程复制了遗传信息，这避免了在不同细胞世代之间的转变中遗传信息的丢失。在真核生物中，DNA存在于细胞核内称为染色体的结构中。在没有细胞核的其它生物中，DNA要么存在于染色体中要么存在于其它组织（细菌有单环双链DNA分子，而病毒有DNA或RNA基因组）。在染色体中，染色质蛋白如组蛋白、共存蛋白和凝聚蛋白将DNA在一个有序的结构中。这些结构指导遗传密码和负责转录的蛋白质之间的相互作用，有助于控制基因的转录。
作为生命的遗传物质，DNA可分为线性和环状两种。真核生物基因组染色体DNA以线性方式存在，而细胞器（线粒体和叶绿体）、绝大多数细菌、部分病毒基因组DNA则以环状形式存在。
在真核细胞中，在染色体外的DNA中发现基因的存在并不新鲜，迄今为止，在研究的许多真核生物物种中都能发现染色体外的DNA颗粒，包括酵母、果蝇、线虫、甚至是人。这之中，有部分被称为染色体外环状DNA (eccDNA)，根据生物物理学方法和DNA测序，其被认为是环状的，通常小于1 kb，并且在光学显微镜下是看不见的，包括端粒环、多分散的小DNA元件、microDNA等。
染色体之外环状DNA（eccDNA，extrachromosomal
circular DNA）指在真核生物中发现的，染色体外的、非线粒体、非叶绿体环状结构DNA。eccDNA的发现（1964）甚至早于广泛熟知的线粒体DNA和细菌质粒DNA，两者分别于1966年和 1967年被显微镜观察证实为环状。
历经多半个世纪的研究，人们对eccDNA与基因组DNA的序列高度同源，已经达成共识，但因其尺寸差异巨大：从数百bp到数百kb不等，研究人员据此提出了多种命名，microDNA主要指400bp以内的环状DNA，ecDNA（extrachromosomal
DNA）被用以描述在癌细胞中发现的、尺寸数百kb以上的染色体外DNA，其巨大尺寸，足以容纳全长基因和DNA复制起始位点，因此能自主复制和扩增，并与癌基因的扩增和癌症的发生有关。 而eccDNA被用来指比ecDNA小的所有染色体外环状DNA，这些eccDNA几乎存在于所有的真核细胞系和组织器官中，与染色体DNA相比较，其丰度极低，含量易变。
这些小的DNA元件缺少完整的基因，并且在正常细胞和肿瘤细胞中都存在，但是仍有研究证实，它们可能可以通过促进端粒的选择性延长或加剧基因组的不稳定性而在肿瘤的发生发展中起重要作用。最早关于癌基因可能存在于ecDNA元件的报道可以追溯到20世纪80年代，当时Alt和他的同事使用克隆的方法，在IMR-32神经母细胞瘤细胞系中证明，类似MYCN基因的序列可以定位到均质染色区（Homogeneously staining regions，HSR）和双微体上。随后，ecDNA上癌基因的扩增及其复制机制被陆续破解。所有的这些研究都极具前瞻性，都提示着癌基因在ecDNA上扩增的重要性。
目前，ecDNA的形成及发病机制虽然还不是很清楚。但是科学家们建立了一个可能的发展模型：首先，DNA双链断裂、染色体重排或其他可能发生的染色体事件，都可能导致DNA片段环化形成ecDNA；然后，在肿瘤抑制基因失活或缺失的情况下，细胞可以避开对损伤DNA的清除修复反应而开始复制ecDNA元件；紧接着，由于ecDNA缺少着丝粒，使得它们在子代细胞发生不均等分离，这可能会迅速导致肿瘤细胞内ecDNA数量的异质性，使得子代细胞比亲本细胞获得更高的ecDNA拷贝数；最后，致癌基因或其他促增殖因子的存在可能为细胞提供一种选择性优势，这种优势由环境条件决定，而这将增加含有ecDNA的细胞的适应性，进而导致肿瘤内ecDNA和癌基因拷贝数的快速增加。
ecDNA的这个形成发展模型也逐渐引起了大家的共识——包含ecDNA的癌细胞可能更能对不断变化的环境做出快速反应，包括对癌症的治疗，如放化疗。因此本文作者也指出，未来的研究将需要更好地探索由ecDNA驱动的癌症是否更容易逃避治疗及其潜在的分子机制。
《无细胞环状DNA的纯化和分析技术》一书于2022年由World Scientific Publishing Company出版，作者是Kristina Warton、Goli Samimi。
无细胞环状DNA有望改变癌症的诊断和护理；然而，它带来了技术挑战，如低丰度、碎片化和对生物样本处理的敏感性。临床有用的检测方法的开发取决于对以无细胞DNA为底物的独特技术方面的理解。本书深入总结了影响血浆中无细胞DNA纯化和癌症分析的技术问题，包括PCR分析的设计、测序文库的制备和甲基化分析。还涵盖了细胞外小泡和血液核酸酶等新兴领域，以及与生物库相关的基础生物学和考虑因素。
本书作为讲述环状DNA的书籍，内容专业详实，语言浅显易懂，具有以下特点：
1、环状DNA的概念新颖，帮助读者了解前沿进展
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3、 文章最后罗列参考文献，读者可进一步了解环状DNA前沿进展
本书目录
1.
健康与疾病中循环DNA的生物学
2.
用于循环DNA研究的不同底物的预分析和质量控制
3.
循环DNA研究中生物库血液样本和血浆容量的考虑因素
4.
血浆循环DNA提取的最大产量
5.
循环DNA PCR检测的优化设计
6.
用于循环DNA测序的下一代测序文库的制备
7.
影响血清和血浆中循环DNA的血核酸酶
8.
分离循环外泌体作为生物标志物：挑战与机遇
9.
循环DNA生物标志物的DNA甲基化分析
王昊宇 武汉大学生命科学学院 博士研究生