人類細胞核內(nèi)染色體詳細圖譜發(fā)布
為深入理解DNA結(jié)構(gòu)和生物表達提供基礎
記者張夢然
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英國《自然》雜志17日發(fā)布了人類細胞核內(nèi)染色體的詳細圖譜。這一資源為深入理解人類DNA物理結(jié)構(gòu)和生物表達的關聯(lián)提供了基礎。
人類染色體的三維組織結(jié)構(gòu)，對于協(xié)調(diào)遺傳物質(zhì)調(diào)控生物反應過程起著重要作用。DNA纏繞組蛋白形成名為染色質(zhì)的復合體，存儲在細胞核內(nèi)。大量染色質(zhì)位點可通過生物化學修飾來調(diào)控基因表達。繪制這一三維結(jié)構(gòu)及其如何隨時間（第四維度）而改變的工作，被稱為4D核組學。
鑒于細胞核結(jié)構(gòu)如何在不同的時間尺度上重新組構(gòu)尚未解釋清楚，一個重要原因是研究工具未能及時跟上。美國國立衛(wèi)生研究院共同基金于2015年啟動了“4D核組計劃”，其目標是開發(fā)出研究核組織在空間和時間上的結(jié)構(gòu)和功能的技術(shù)。
此次，“4D核組計劃”團隊之一、美國馬薩諸塞大學醫(yī)學院采用多種染色體捕獲技術(shù)，分析兩類細胞中的染色體組織：人類胚胎干細胞和成纖維細胞（結(jié)締組織細胞）。他們?yōu)槊糠N細胞類型編目了超過14萬種染色質(zhì)環(huán)（DNA復合結(jié)構(gòu)），生成了單個基因的核環(huán)境模型，包括其與遠側(cè)調(diào)控元件的潛在遠距離相互作用。
通過整合不同方法的數(shù)據(jù)集，研究團隊對每種方法進行了基準測試，評估其在特定研究的用處。這項聯(lián)合研究還揭示了折疊染色質(zhì)的基本物理機制——譬如，染色質(zhì)的擠出和相分離，究竟是如何共同塑造了復雜的基因組三維結(jié)構(gòu)等問題。結(jié)合這些數(shù)據(jù)集生成的空間模型，使轉(zhuǎn)錄和復制等遺傳過程能夠在染色質(zhì)的三維環(huán)境中得到定位。
研究團隊表示，后續(xù)仍需要進一步研究，以探索這些觀察到的結(jié)構(gòu)如何與單個基因功能相關聯(lián)，以及這些成果是否能應用于對抗遺傳疾病。
【總編輯圈點】
染色體研究不是二維的，而應在“四維時空”中考量?，F(xiàn)在，“4D核組計劃”的突破性成果為理解遺傳疾病提供了全新視角——許多疾病可能正源于染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的異常，而非單純的基因序列突變，未來或可通過調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)來治療遺傳病。更重要的是，這項研究建立的技術(shù)平臺和數(shù)據(jù)集，將成為整個生命科學領域的基礎資源，幫助人們實現(xiàn)“按需調(diào)控基因表達”的目標，最終推動癌癥、發(fā)育異常等重大疾病的治療。
