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Cell發(fā)布突破性基因組研究技術(shù)之3-D圖像

發(fā)布時(shí)間：2017-02-28作者：諾為爾基因瀏覽次數(shù)：4159

 Cell發(fā)布突破性基因組研究技術(shù)之3-D圖像
 
  來(lái)自美國(guó)麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)出了一項(xiàng)新技術(shù)，可以提供真核生物基因組的詳細(xì)三維（3-D）圖像，這有可能幫助科學(xué)家們解答一些有關(guān)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題。在發(fā)表于《細(xì)胞》（Cell）雜志上的研究論文中，這一稱作為Micro-C的新技術(shù)使得研究人員能夠以核小體分辨率來(lái)分析染色體折疊，填補(bǔ)了以往一些技術(shù)留下的分辨率缺口。
??真核生物的基因組被包裝成叫做染色質(zhì)的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物，這使得DNA可以被壓縮至較小的體積。核小體是染色質(zhì)的基本重復(fù)單位，由DNA纏繞著8個(gè)組蛋白構(gòu)成。在細(xì)胞分裂過(guò)程中，染色質(zhì)進(jìn)一步凝聚形成染色體。
??細(xì)胞可以通過(guò)改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)來(lái)控制接近它們的DNA以及調(diào)控基因活性。相比于轉(zhuǎn)錄失活或被積極抑制的區(qū)域，發(fā)生積極轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)區(qū)域要松散一些。盡管當(dāng)前對(duì)第一級(jí)的染色質(zhì)壓縮已經(jīng)研究的很透徹，對(duì)于染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)卻相對(duì)知之甚少。
??分辨率差距是一個(gè)主要的障礙。一維染色體作圖分析可提供大約1-200bp長(zhǎng)度的信息。三維染色體折疊分析適用于超過(guò)1 kb的長(zhǎng)度。然而，當(dāng)前的這些染色體結(jié)構(gòu)分析方法無(wú)法達(dá)到與諸如30 nm纖維或酵母基因環(huán)（大約2-10個(gè)核小體）等高級(jí)結(jié)構(gòu)相關(guān)的尺度范圍。
??為了填補(bǔ)這一盲點(diǎn)，麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Tsung-Han Hsieh和合作者們開(kāi)發(fā)出了Micro-C，它能夠提供200 bp到大約4 kb長(zhǎng)度的全基因組信息。這種方法是建立在從前開(kāi)發(fā)的Hi-C實(shí)驗(yàn)方法基礎(chǔ)上，Hi-C是通過(guò)結(jié)合接近性限制內(nèi)切酶消化和大規(guī)模平行測(cè)序來(lái)探查整個(gè)基因組的3D結(jié)構(gòu)。為了提高Hi-C的分辨率，作者們用微球菌核酸酶代替限制性內(nèi)切酶將染色質(zhì)切成更小的片段，使得染色體折疊圖像達(dá)到核小體分辨率。
??他們發(fā)現(xiàn)酵母基因組第一級(jí)組織結(jié)構(gòu)與基因結(jié)構(gòu)有關(guān)，包含1-5個(gè)基因的染色質(zhì)區(qū)域形成了緊湊的基因壓縮體（crumple）或球體而不是環(huán)（loops）。此外，體內(nèi)數(shù)據(jù)并未揭示出重復(fù)的30 nm纖維結(jié)構(gòu)——盡管在體外可以很容易觀察到這一結(jié)構(gòu)，但其在體內(nèi)是否存在一直存在爭(zhēng)議。作者們還分析了一些突變體，鑒別出了酵母中與染色體折疊相關(guān)的一些因子。
??在未來(lái)的研究中，可以將Micro-C應(yīng)用于諸如線蟲(chóng)、果蠅或哺乳動(dòng)物等高等生物。也可以結(jié)合它與單細(xì)胞技術(shù)來(lái)研究細(xì)胞間的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)差異。根據(jù)Hsieh所說(shuō)，這一技術(shù)的一個(gè)主要缺點(diǎn)在于，未能理想地捕捉長(zhǎng)距離染色質(zhì)相互作用。“我們正在致力改進(jìn)交聯(lián)步驟，希望我們可以在單次分析中捕獲到短距離和長(zhǎng)距離的相互作用。我們也沒(méi)有放棄繼續(xù)尋找30 nm纖維結(jié)構(gòu)。