[科普中國(guó)]-人類(lèi)基因組DNA環(huán)高清4D圖譜繪成 為研究遺傳疾病提供全新視角

最新一期《細(xì)胞》雜志以封面文章刊登了美國(guó)貝勒醫(yī)學(xué)院、萊斯大學(xué)、斯坦福大學(xué)和布羅德研究所聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)的重要成果：他們?yōu)榛蚪M在細(xì)胞核內(nèi)折疊成環(huán)狀結(jié)構(gòu)繪制出高清4D圖譜。新研究提供的視頻可動(dòng)態(tài)跟蹤完整基因組在不同時(shí)間內(nèi)的環(huán)狀折疊，將幫助科學(xué)家以全新視角研究癌癥等遺傳疾病。

幾十年來(lái)，科學(xué)家推測(cè)，人類(lèi)細(xì)胞在受到刺激后，其核內(nèi)的DNA（脫氧核糖核酸）元素會(huì)快速找到相距甚遠(yuǎn)的配對(duì)者，沿著染色體形成各種不同的環(huán)，通過(guò)在空間上重新布局，細(xì)胞能改變基因的活性，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。但DNA環(huán)曾長(zhǎng)期成為現(xiàn)代生物學(xué)的一大盲點(diǎn)，雖然知道DNA在細(xì)胞中能形成環(huán)，但確定這些環(huán)狀結(jié)構(gòu)的具體位置，一直是無(wú)法完成的挑戰(zhàn)。

直到2014年，上述聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)讓情況發(fā)生了徹底改觀。他們成功為人類(lèi)基因組如何折疊成環(huán)描繪出空前詳細(xì)的圖譜，并證明人類(lèi)與老鼠等其它哺乳動(dòng)物不僅在一維的基因組序列上相似度很高，還具有類(lèi)似的三維基因組折疊。但這些圖譜只能反映某個(gè)靜止?fàn)顟B(tài)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，無(wú)法觀察環(huán)狀結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。

最新研究中，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)首次制作出人類(lèi)基因組內(nèi)DNA環(huán)的4D高清視頻，并闡明了與成環(huán)位置有關(guān)的獨(dú)特機(jī)制。他們通過(guò)破壞幾乎所有環(huán)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)均有的環(huán)狀蛋白質(zhì)復(fù)合體——黏連蛋白（Cohesin），發(fā)現(xiàn)控制DNA環(huán)的擠出機(jī)制：黏連蛋白就像雙肩包的背帶調(diào)節(jié)扣，通過(guò)輸送單邊背帶，調(diào)節(jié)扣能讓背帶形成環(huán)狀從而調(diào)整背帶長(zhǎng)短，黏連蛋白能像調(diào)節(jié)扣一樣調(diào)控DNA環(huán)的形成。

通過(guò)仔細(xì)觀察視頻圖譜，研究人員還發(fā)現(xiàn)另一種與黏連蛋白無(wú)關(guān)的區(qū)塊化機(jī)制，與擠出機(jī)制讓DNA通過(guò)兩種元素沿著同一條染色體形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)不同，區(qū)塊化機(jī)制能讓不同染色體上的元素以大型原子團(tuán)的形式結(jié)合成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。研究人員表示，通過(guò)這些機(jī)制可以調(diào)控DNA環(huán)的形成和解體，從而進(jìn)一步認(rèn)識(shí)基于這些折疊結(jié)構(gòu)的細(xì)胞功能。（記者聶翠蓉）

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