Cell:科学家发布人类基因组折叠图谱

来源:生物360 / 作者:koo / 2014-12-14
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Cell:科学家发布人类基因组折叠图谱

同样的纸能折成各种各样的东西,比如起重机、昆虫等等。人类机体也面临着类似的问题,每个细胞的基因组都是一样的,但细胞需要执行不同的功能,比如免疫细胞负责抵御感染、视锥细胞感知光线、心肌细胞得不停的搏动。

Baylor医学院、Rice大学、Broad研究所和哈佛大学的科学家们在本周Cell杂志上发表了自己五年来获得的成果,用空前详细的图谱展示了2米长的人类基因组在细胞核内的全部折叠方式。研究显示,细胞可以将基因组折叠成各种不同的形态,进而调节自己的功能。

这项研究的主要成果是首次列出了整个人类基因组上形成的环(loop)。为了理解基因调控,几十年来人们一直在研究基因附近的区域。然而,基因组折叠之后离基因很远的序列也能与之发生接触。

基因组成环曾一度是现代生物学的一大盲点。“一百多年来,科学家们知道DNA在细胞中形成环,也知道成环的位置非常重要,”文章的共同第一作者Suhas Rao说。“但列出所有这些成环位置,一直被认为是一项无法完成的任务。”

研究人员发现,人类基因组DNA差不多可以形成一万个环,这个数字小得有些出人意料。人们之前估计基因组含有上百万的环。

研究指出,尽管数量少但DNA环在几乎所有细胞过程中起到了基础性的作用。这是因为许多环的一端都有基因,成环的时候基因就会启动。

“折叠驱动着功能,”文章的另一位共同作者Miriam Huntley说。这些环一段连接基因,另一段连着隐藏在垃圾DNA区域里的遗传学开关。

“我们的基因组成环图谱揭示了数千个隐藏着的开关,”Huntley说。“对于那些引起癌症和其他疾病的基因来说,了解这些开关是至关重要的。”

研究团队阐明了与成环位置和成环机制有关的一系列规则。“如果DNA是根鞋带,你想在哪里成环都可以。但在细胞中,成环是受到高度约束的,”Rao说。“我们看到的环基本上跨度都少于两百万bp,它们很少重叠,而且几乎总是与CTCF有关。” 已知蛋白 CTCF参与了染色质3D结构的调控。

“最令我们惊讶的是,CTCF蛋白形成DNA环有着独特的机制,”文章的通讯作者Dr. Eric Lander教授说。“就算相隔很远,成环的CTCF元件也必须指向对方,形成基因组上的阴和阳。”

有趣的是,研究团队发现基因组中最大的环只存在于女性中。他们还发现,许多人类具有的环也存在于小鼠体内,说明这些折叠在漫长的进化过程中得以保留。研究表明,哺乳动物不仅共享着相似的一维基因组序列,也具有类似的三维基因组折叠模式。

在折纸中,不论多复杂的设计都能通过两种基本的折叠来完成,mountain fold和valley fold。基因组中的环也起到了类似的作用。“环是细胞的基础工具,细胞核中DNA环的形成和解体允许不同细胞建立各种各样的3D折叠,并由此实现非常多样化的功能,”Rao说。

原文检索:

Suhas S.P. Rao, Miriam H. Huntley, Neva C. Durand, Elena K. Stamenova, Ivan D. Bochkov, James T. Robinson, Adrian L. Sanborn,Ido Machol, Arina D. Omer, Eric S. Lander, Erez Lieberman Aiden. A 3D Map of the Human Genome at Kilobase Resolution Reveals Principles of Chromatin Looping. Cell, December 11, 2014; DOI: 10.1016/j.cell.2014.11.021

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换一换

我相信是严肃的文章。相信后按照这个去做一段时间。

真的有这种药上市了吗?患者到哪里医治

这题目取得,直接说让人类灭亡得了

是不是要多吃酸奶,使肠道菌群合理

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