2015年12月10日

人类基因组三维图谱揭示突变与疾病发展之间的关系

怀特黑德研究所的研究人员已经创建了一个DNA环的地图，它包括人类基因组的三维(3D)结构，并调节人类胚胎干细胞(ES)细胞和成人细胞中的基因表达。基因和调控元件在这个染色体框架中的位置可以帮助科学家更好地导航他们的基因组研究，建立突变和疾病发展之间的关系。

Whitehead成员Richard Young说:“这是一种转变。“这张地图使我们能够预测基因在正常细胞中是如何被调节的，以及它们在疾病中是如何被错误调节的，比以前准确得多。”

为了规范基因表达时，调控元件需要与其靶基因接触。通过环，在线性DNA中彼此远离的元素/基因伙伴可以聚集在一起。大多数疾病突变发生在调控元件中，但如果一个看似分布广泛的基因和调控元件之间的伙伴关系不清楚，突变数据的用途就有限。这张草图可以帮助科学家预测突变元素和它们的目标基因之间的关系，本周在杂志上在线描述细胞干细胞．

“在考虑疾病时，我们需要在3D空间中考虑基因组的结构，因为这是我们现在理解基因被调节的方式，”杨氏实验室的博士后研究员、该研究的合著者熊骥说细胞干细胞纸。

季勇的合著者之一、研究生丹尼尔·达顿(Daniel Dadon)对此表示赞同。“这种三维信息帮助我们以前所未有的准确性解释调控和突变数据。这不仅仅是一袋基因监管元素在细胞核中，这是一种具有功能的高度组织结构。”

杨的实验室和其他研究人员先前对小鼠胚胎干细胞的研究确定，染色体的DNA形成了环状，这些环状被称为ctcf的蛋白质固定在其碱基上。循环的好处是双重的。首先，这些环帮助组织和包装两米长的DNA，以适应直径约5微米的细胞核。其次，每个环都创建了一个隔离的邻域，将调控元件的作用限制在同一环中的基因上。研究生和合著者Diego Borges-Rivera说:“基因组的3D形状是基因调控的关键机制。”

通过研究人类胚胎干细胞，Young实验室和Whitehead创始成员Rudolf Jaenisch实验室的科学家创建了由CTCF锚定的13,000个环组成的初始基因组图，并确定平均隔离邻居长度为200 kb，包含单个基因。研究小组发现，大多数在人类胚胎干细胞基因组中所绘制的CTCF锚定位点在其他人类细胞类型中也得到了保留，而且这些环锚定序列在灵长类基因组中高度保守。如此惊人的保护程度表明这些社区创造了一个基本的框架基因调控这在整个发展过程和物种之间都是保持的。