DNA研究向3D时代迈进

　　OFweek医疗科技网讯：对付DNA的比喻在不绝增加。它是一串代码、一段螺旋梯，而如今又酿成近似折纸的对象。正如将一张平整的纸折叠，能将其酿成一只鹤或一朵荷花，研究人员开始意识到，通过成环和折叠形成的巨大模式能辅佐人体基因组转变为一些有意义的对象。这种弯曲和旋转可让特定基因同那些间隔遥远但调控这些基因勾当的DNA片断保持密切接洽，激活发生骨头、肌肉或脑细胞的基因表达，亦或刺激癌症的产生。

　　该想法的精妙和潜力令浩瀚生物学家神魂颠倒，但他们仍在尽力获取足够好的数据来确切地领略这些错综巨大的模式。去年12月，一项颁发于《细胞》杂志网络版的陈诉，展现了迄今为止关于被塞入细胞核的两米长的DNA，也就是所谓的核小体是如何折叠的最风雅图谱。“一项具有里程碑意义的研究。”对此，美国国立卫生研究院（NIH）院长Francis Collins在一篇博客文章中评价道。

　　不外，4天后，一篇颁发于《基因与发育》杂志的文章报道称，差异的DNA图谱建造技能有时会发生截然差异的模式，从而带来关于这些图谱到底显示的是什么的疑问。如今，通过一个NIH最新扶助的、被称为4D核小体的项目，研究人员将开拓出越发靠得住、准确且经济的方法绘制并诠释基因组的风雅折叠图。该项目“正邀请人们提出差异和更好的想法”，马萨诸塞大学医学院生物学家Job Dekker暗示。

　　在已往的20年里，Dekker、来得意克萨斯州贝勒医学院的Erez Lieberman Aiden和其他人已经操作诸如染色体构象捕捉等技能研究了三维状态下的基因组。研究人员可以或许通过化学手段“冻结”DNA链上差异片断彼此接洽的任何位置。随后，他们将所有DNA剪切，并将彼此接洽的DNA黏在一起。基于两个区域接洽的次数几多，研究人员便可估算出三维状态下这两个区域相隔多远。

　　起初，研究人员可以或许一次性调查一个基因及其搭档，但很快越发巨大的要领呈现了。2009年，一项被称为Hi-C的测序技能展现了一个基因组中每个DNA片断是如何同所有其他片断彼此浸染的。其时，来自贝勒医学院的Suhas Rao和哈佛大学研究生Miriam Huntley都在Aiden的尝试室作研究。他们和同事通过弄清楚如那里理惩罚还在细胞核中的DNA然后改造阐明技能，将判别率从大于一个基因的100万个碱基缩小到小于一个基因的1000个碱基。

　　这项颁发于《细胞》杂志、耗费300万美元的尝试发生了高出5万亿个颠末测序的碱基，而且阐明白来自8个细胞系的几百万小我私家类细胞以及一个老鼠细胞系的细胞。数据展现了1万个环和拥有相似化学修饰和基因勾当程度的DNA聚积在一起的6个区域。一些布局对付所有被测试的细胞范例来说都很常见，但有些对每种细胞来说都是唯一无二的。“这开发了一种对待生物学的新方法。”得州大学分子生物学家Vishy Iyer暗示。

　　不外，正如《基因与发育》杂志上那篇论文所展示的，这内里也有一个困难：基于对DNA直接调查而非计较机建模的差异核小体图谱建造技能能发生彼此斗嘴的功效。来自英国爱丁堡大学的Iain Williamson、Wendy Bickmore及其同事将荧光标志应用到各类DNA片断中，在每个片断用上差异的荧光探针，使他们能很容易判别出相互接近的片断。研究人员调查了老鼠2号染色体上一个拥有100万碱基长度的区域，其包括一组在发育中起要害浸染的Hox同源框卵白基因。为了比较，他们操作和Hi-C雷同的计较技能阐明白沟通的DNA区域。对付Hox基因簇的某些部门，两种技能有时得出的功效是一致的。但在有些环境下，一种会显示DNA是伸直的，而另一种显示DNA彼此胶葛形成一个紧凑的球。“我们不知道为何会这样，也不知道哪种要领是正确的。”德国柏林医学系统生物学研究所细胞生物学家Ana Pombo暗示，“我们需要仔细研究这些要领正在汇报我们什么。”

　　Aiden先容说，其尝试室操作Hi-C技能获得的最新功效同显微镜下的发明一致。不外，“我们也不会自欺欺人，认为Hi-C数据就是终极目标”。“你会想开展许多种试验，无论它们能彼此印证照旧彼此抵牾。”Aiden暗示。

　　NIH开展4D核小体项目标目标便在于此。2014年，NIH公布了这个为期5年、每年耗资2400万美元的项目。其将改进现有技能，并且有望提出一些新技能。之所以被称为4D，是因为核小体的布局跟着细胞老化、分化及破裂而产生改变。研究人员但愿弄清楚个中的方法和原因。“方针是让这些技能遍及普及。”位于马里兰州的国立枢纽炎及肌肉骨骼和皮肤病研究所分子生物学家Rafael Casellas暗示。Dekker也认为，研究人员强烈需要这些技能。正如折纸只有被折叠起来才会有生命力，“我们的基因组中没有任何对象是有意义的，除了在三维状态下。”Dekker说。