發(fā)布日期：2017-10-10

最新一期《細胞》雜志以封面文章刊登了美國貝勒醫(yī)學(xué)院、萊斯大學(xué)、斯坦福大學(xué)和布羅德研究所聯(lián)合科研團隊的重要成果：他們?yōu)榛蚪M在細胞核內(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態(tài)跟蹤完整基因組在不同時間內(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，科學(xué)家推測，人類細胞在受到刺激后，其核內(nèi)的DNA（脫氧核糖核酸）元素會快速找到相距甚遠的配對者，沿著染色體形成各種不同的環(huán)，通過在空間上重新布局，細胞能改變基因的活性，進而調(diào)節(jié)細胞功能。但DNA環(huán)曾長期成為現(xiàn)代生物學(xué)的一大盲點，雖然知道DNA在細胞中能形成環(huán)，但確定這些環(huán)狀結(jié)構(gòu)的具體位置，一直是無法完成的挑戰(zhàn)。

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

最新研究中，聯(lián)合團隊首次制作出人類基因組內(nèi)DNA環(huán)的4D高清視頻，并闡明了與成環(huán)位置有關(guān)的獨特機制。他們通過破壞幾乎所有環(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)的擠出機制：黏連蛋白就像雙肩包的背帶調(diào)節(jié)扣，通過輸送單邊背帶，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。

通過仔細觀察視頻圖譜，研究人員還發(fā)現(xiàn)另一種與黏連蛋白無關(guān)的區(qū)塊化機制，與擠出機制讓DNA通過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)塊化機制能讓不同染色體上的元素以大型原子團的形式結(jié)合成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。研究人員表示，通過這些機制可以調(diào)控DNA環(huán)的形成和解體，從而進一步認(rèn)識基于這些折疊結(jié)構(gòu)的細胞功能。

來源：中國科技網(wǎng)