به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، تکه تکه شدن بالای DNA در گردش هسته‌ای (cirDNA) به سازماندهی کروماتین و حفاظت یا بسته بندی درون مونونوکلئوزوم‌ها، کوچکترین و پایدارترین ساختار در جریان خون، متکی است. تشخیص الگوهای اندازه‌های مختلف، که به آن Fragmentomics گفته می‌شود، از اطلاعات مربوط به بسته بندی نوکلئوزومی DNA بهره می‌برد. Fragmentomics نه تنها دلالت بر خصوصیات الگوی اندازه دارد، بلکه موقعیت و اشغال نوکلئوزوم‌ها را نیز در نظر می‌گیرد، که منجر به محافظت از قطعات cirDNA و ماندگاری در گردش خون می شود. Fragmentomics می‌تواند بافت منشا را تعیین کرده و cirDNA مشتق از سرطان را تشخیص دهد. قدرت غربالگری Fragmentomics در عصر omics به طور قابل توجهی تقویت شده است، همانطور که در توسعه مداوم فناوری‌های پیچیده با کمک یادگیری ماشین نشان داده شده است. 
cirDNA الگوی سازماندهی کروماتین را نشان می‌دهد
مشاهدات غیر omics
کسری از cirDNA از DNA خارج سلولی تشکیل شده است که در طول مرگ سلولی آزاد می‌شود، به ویژه در طی نکروز، فاگوسیتوز یا آپوپتوز. قطعات DNA بیشتر از 10000 جفت باز (bp) احتمالاً از سلول‌های نکروزه منشاء می‌گیرند، در حالی که قطعات DNA کوتاه تر از 1000 جفت باز، به ویژه جفت باز 180 یا چند برابر این اندازه، یادآور نردبان DNA الیگونوکلئوزومی مشاهده شده در سلول‌های آپوپتوز هستند. تکه تکه شدن نوکلئوزومی DNA مشخصه آپوپتوز است. بنابراین، تجزیه و تحلیل اندازه قطعات DNA ممکن است منبع cirDNA را تشخیص دهد.
مونونوکلئوزوم‌ها به عنوان ساختارهای غالب مرتبط با cirDNA
بسته به بافت منشأ و شرایط فیزیولوژیکی یا پاتولوژیک (از جمله آپوپتوز، نکروز یا NETosis)، تنها تعداد کمی از ساختارها به اندازه کافی پایدار هستند که به عنوان cirDNA در خون قابل تشخیص باشند. این ساختارها عبارتند از: تک نوکلئوزوم‌‌ها، کوچکترین و پایدارترین ساختار در جریان خون. DNA دو رشته‌ای طولانی بسته بندی شده (dsDNA)؛ و تا حدی دی نوکلئوزوم‌ها.
 ساختارهای کوچک مرتبط با cirDNA عبارتند از: dsDNA اتصال دهنده به فاکتور رونویسی با اندازه کوتاه (<70 جفت باز). میکرو ذرات مرتبط با DNA با اندازه بلند و کوتاه؛ ذرات آپوپتوز؛ کمپلکس‌های لیپو پروتئونوکلئیک با اندازه کوتاه. دو نظریه متضاد از مکانیسم‌های انتشار cirDNA ارائه شده است. یکی به برجسته بودن مونوکلئوزوم‌ها به عنوان نشانه‌ای اشاره می‌کند که آپوپتوز مکانیسم اصلی آزادسازی است. نظریه جایگزین پیشنهاد می‌کند که ساختارهای نوکلئوزومی با اندازه کوتاه از تخریب تدریجی هسته‌های سیرDNA طولانی‌تر ناشی می‌شوند، که از DNA حاوی میکروذره، نکروز ناشی می‌شود. 
مشاهدات اومیکس
در حالی که روش‌های مختلف تحلیلی غیر omics اندازه قطعات مربوط به تک نوکلئوزوم‌ها را نشان داده‌اند. متعاقباً، توالی‌یابی امکان مشاهدات عمیق را فراهم کرد که بخش‌بندی را به شدت افزایش داد. غربالگری سرطان متکی بر خصوصیات دقیق، تکرارپذیری بالا و استانداردسازی دقیق پارامترهای کنترلی است. WGS قدرت تحلیلی و تفکیک قطعات را افزایش داده است. 
مشخصات اندازه قطعه cirDNA
تکه تکه شدن cirDNA هسته‌ای به سازمان کروماتین بستگی دارد. اندازه‌های cirDNA معمولاً با اندازه قطعات عمدتاً مونوکلئوزوم‌ها، کسر پایینی از دی نوکلئوزوم‌ها، با ردپایی از سه نوکلئوزوم مطابقت دارد. cirDNA ردپای تناوب حدود 10 جفت باز را نشان می‌دهد که تا 31 جفت باز می‌شود. این نشان‌دهنده تخریب مشتق شده از نوکلئوزوم است که احتمالاً به شکاف نسبت داده می‌شود و در نوکلئوتیدهایی رخ می‌دهد که در هر پیچ مارپیچی در دسترس باقی می‌مانند، جایی که DNA به دور هسته می‌پیچد و از سطح هسته هیستون دورتر است. 
همگنی پروفایل اندازه cirDNA فرد سالم
تکرارپذیری پروفایل اندازه cirDNA از پلاسمای سالم از منحنی‌های روی هم قرار داده شده مشهود است. بنابراین فرض می‌شود که (1) در افراد سالم، دینامیک تخریب DNA پس از رهاسازی سلول سازگار است. (2) این منجر به ساختارهای کروماتین خاص منسجم در خون، عمدتاً مونوکلئوزوم/کروماتوزوم، و نسبت کم دی نوکلئوزوم می‌شود. (3) بریدگی‌ها در آن ساختارها به موقعیت/بسته‌بندی مولکول dsDNA و دسترسی به هسته‌ها وابسته است. (4) این همگنی ممکن است به دلیل همگنی سلول مبدا cirDNA باشد، به ویژه در مورد سلول‌های ایمنی، مانند افراد سالم. و (5) cirDNA دندانه دار در ساختارهای نوکلئوزومی غالب است.
تفاوت‌های بین سرطان و افراد سالم توسط cirDNA fragmentomics آشکار شد
مقایسه طول قطعات cirDNA از افراد سالم و افراد مبتلا به سرطان ابتدا با میکروسکوپ الکترونی عبوری انجام شد. به دلیل آلودگی DNA داخل سلولی حاصل از گلبول‌های سفید در عصاره پلاسمای DNA (بیش از 50 درصد قطعات بیش از 1000 bp بودند)، انجام یک ارزیابی کمی از تفاوت‌های cirDNA بین افراد مبتلا به سرطان و افراد سالم امکان‌پذیر نبود. این مورد در مطالعات دیگر نیز وجود داشت. به طور مشابه، تشخیص جهش cirDNA به عنوان یک آزمایش همراه با روش qPCR به کمک فلوسیتومتری انجام شده است. در این آزمایش، قطعات کوچکی از نمونه‌های سرطان غنی‌سازی می‌شوند. اگرچه این مطالعات نمی‌توانند ارزیابی کمی یا تفاوت محدوده اندازه تعریف شده ارائه دهند، اما اولین مطالعات بودند. 
رویکردهای omics پیشرفته در حال توسعه برای غربالگری سرطان
سازماندهی کروماتین در طول ژنوم تصادفی نیست و ممکن است مختص تنظیم ژن سلولی و انواع سلولی باشد. در نتیجه، طول قطعه تنها پارامتری نیست که باید به منظور تمایز قطعات cirDNA با منشاء مختلف بررسی شود. سایر سیگنال‌های تحلیلی از قطعه cirDNA شامل الگوی تکه تکه شدن غیر تصادفی، اشغال فاکتور رونویسی، محتوای GC DNA و الگوی موتیف انتهایی است.
نقشه اشغال نوکلئوزوم در کل ژنوم
توالی یابی عمیق cirDNA امکان شناسایی نقشه سراسری ژنوم اشغال نوکلئوزومی را فراهم می‌کند، الگوهای مربوط به اشغال کروماتین/نوکلئوزوم را تأیید کرده، که با قطعات کوتاه cirDNA که ردپای اشغال فاکتور رونویسی را نشان می‌دهد. این روش می‌تواند استنباط کند که کدام نوع سلول در حالات پاتولوژیک، به ویژه سرطان، به cirDNA کمک می‌کند. تقریباً تمام قطعات کوتاه cirDNA با نوکلئوزوم‌هایی همراه هستند که آلل‌های جهش یافته معمولاً به صورت قطعات کوتاه‌تر دیده می‌شوند. این رویکرد برای افزایش حساسیت در تشخیص حضور cirDNA با روش‌های in vitro و سیلیکونی برای غنی‌سازی cirDNA در اندازه‌های قطعه بین 90 تا 150 جفت باز مورد استفاده قرار گرفته است. 
Fragmentomics یک ابزار بالقوه قدرتمند برای ارزیابی cirDNA است، اگرچه در مراحل ابتدایی خود باقی مانده است. در حالی که Fragmentomics ممکن است در کاربرد به عنوان یک تست غربالگری سرطان مستقل محدود باشد، یک رویکرد چند آنالیت/چند وجهی ممکن است قابلیت اطمینان مورد نیاز برای بهره برداری از امضاهای Fragmentomics را فراهم کند. ترکیبی از تشخیص cirDNA جهش یافته، بر اساس تعداد قرائت‌های اطلاعاتی که در چندین مکان خاص بیمار ترتیب داده شده‌اند، و رویکردهای غنی سازی سیگنال ممکن است برای غربالگری افراد برای یک نوع سرطان خاص استفاده شود. مانند تعیین تغییرات ژنتیکی، نشانگرهای سرطان سلولی یا پروتئینی یا روش‌های مبتنی بر متیلاسیون، باید موثر باشد. متیلاسیون یک کاندید قوی به عنوان یک آنالیت غربالگری سرطان است، زیرا تغییرات در فعل و انفعالات بین متیلاسیون DNA، ساختار کروماتین، و رونویسی ژن می‌تواند باعث تغییر موقعیت نوکلئوزوم‌ها و سرطان زایی شود. از آنجایی که تغییرات فیزیولوژیکی، مانند آسیب بافتی در بیماری‌های انسانی، می‌تواند به‌صورت جداگانه بر تکه تکه شدن cirDNA تأثیر بگذارد، Fragmentomics همچنین می‌تواند پزشکان را در طول پیگیری بیمار راهنمایی کند. 
پایان مطلب/.