scCirclehunter delineates ecDNA-containing cells using single-cell ATAC-seq, with a focus on glioblastoma
研究背景
在癌症研究里，细胞外DNA（ecDNA）因影响肿瘤异质性和预后而受关注，但患者来源的ecDNA在单细胞分辨率下研究有限。本研究开发scCirclehunter框架，利用单细胞ATAC - seq数据识别ecDNA并分配到特定细胞群体，聚焦胶质母细胞瘤（GBM），揭示ecDNA作用机制及与线粒体转移关联。
方法速览
采用scCirclehunter框架，结合scATAC - seq和scRNA - seq数据识别ecDNA并分配细胞群体。用模拟和真实数据验证性能，借助多组学数据（Hi - C、WGS和RNA - seq）分析ecDNA结构等，结合基因集富集分析和转录因子调控网络分析揭示分子机制。
主要发现
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scCirclehunter性能良好：在模拟和真实数据中表现出色，模拟数据测序深度10×时，精确度达0.94，F1分数0.86；真实数据区分细胞平均精确度0.94，召回率0.89，F1分数0.91，识别ecDNA断裂点精度接近全基因组测序方法。
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GBM患者ecDNA异质性高：75%的GBM样本存在ecDNA，不同患者ecDNA分布差异大，携带ecDNA的恶性细胞在部分基因特征上显著上调，免疫特征在不携带ecDNA患者中得分更高。
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ecDNA影响细胞状态：ecDNA相关基因在相应患者中染色质可及性显著升高，分布不均且可能调控特定基因表达影响细胞状态，拷贝数在不同细胞有显著差异。
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多种ecDNA相互作用：GBM4349患者中三种ecDNA共存，部分ecDNA互斥，不同细胞状态中ecDNA分布有偏倚。
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ecNR2E1驱动肿瘤进展：ecNR2E1激活多个下游基因，调控增强子与启动子相互作用，影响干细胞相关通路表达，高表达与GBM患者不良预后相关。
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ecDNA与线粒体转移有关联：携带ecDNA的细胞中线粒体转移比例显著升高，ecDNA阳性患者肿瘤细胞周期活性更高。
总结展望
本研究开发scCirclehunter框架，首次在单细胞水平系统分析ecDNA在GBM中的异质性和作用机制，为ecDNA研究提供新方法和视角。不过研究存在scATAC - seq检测结构变异有劣势、缺乏实验验证、ecDNA检测有不确定性等局限。