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DNA研讨背3D时期迈进

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泉源:中国科学报-澳门金沙js8.com-4136.com

 

 

 

关于DNA的比方正在络续增添。它是一串代码、一段螺旋梯,而现在又酿成近似折纸的器械。正如将一张平整的纸折叠,能将其酿成一只鹤或一朵荷花,研究人员最先意识到,经由过程成环和折叠构成的庞大形式能资助人体基因组转变为一些有意义的器械。这类蜿蜒和扭转可让特定基因同那些间隔悠远但调控这些基因运动的DNA片断连结密切联系,激活发生骨头、肌肉或脑细胞的基因表达,亦或刺激癌症的发作。

该设法主意的精巧和潜力令浩瀚生物学家颠三倒四,但他们仍正在勤奋获得充足好的数据去切实天明白这些扑朔迷离的形式。客岁12月,一项宣布于《细胞》杂志网络版的讲演,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怎样折叠的最邃密图谱。“一项具有里程碑意义的研讨。”对此,美国国立卫生研究院(NIH)院长Francis Collins正在一篇博客文章中评价讲。

不外,4天后,一篇宣布于《基因取发育》杂志的文章报导称,差别的DNA图谱建造手艺偶然会发生判然不同的形式,从而带来关于这些图谱到底显现的是什么的疑问。现在,经由过程一个NIH最新赞助的、被称为4D核小体的项目,研究人员将开辟出越发牢靠、准确且经济的体式格局绘制并解释基因组的邃密折叠图。该项目“正约请人们提出差别和更好的设法主意”,马萨诸塞大学医学院生物学家Job Dekker示意。

正在已往的20年里,Dekker、来自得克萨斯州贝勒医学院的Erez Lieberman Aiden和其他人曾经应用诸如染色体构象捕捉等技术研究了三维状况下的基因组。研究人员可以或许经由过程化学手腕“解冻”DNA链上差别片断互相联络的任何位置。随后,他们将一切DNA剪切,并将互相联络的DNA黏在一起。基于两个地区联络的次数若干,研究人员便可预算出三维状况下那两个地区相隔多远。

早先,研究人员可以或许一次性视察一个基因及其同伴,但很快越发庞大的要领泛起了。2009年,一项被称为Hi-C的测序手艺展现了一个基因组中每一个DNA片断是怎样同一切其他片断相互作用的。事先,来自贝勒医学院的Suhas Rao和哈佛大学研究生Miriam Huntley皆正在Aiden的实验室做研讨。他们和同事经由过程弄清楚怎样处置惩罚借正在细胞核中的DNA然后革新剖析手艺,将分辨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。

这项宣布于《细胞》杂志、破费300万美元的实行发生了凌驾5万亿个经由测序的碱基,而且剖析了来自8个细胞系的几百万个人类细胞和一个老鼠细胞系的细胞。数据展现了1万个环和具有类似化学润饰和基因运动程度的DNA聚集在一起的6个地区。一些构造关于一切被测试的细胞范例来讲皆很常见,但有些对每种细胞来讲都是无独有偶的。“那拓荒了一种对待生物学的新体式格局。”得州大学份子生物学家Vishy Iyer示意。

不外,正如《基因取发育》杂志上那篇论文所展现的,这里面也有一个困难:基于对DNA间接视察而非计算机建模的差别核小体图谱建造手艺能发生互相抵触的效果。来自英国爱丁堡大学的Iain Williamson、Wendy Bickmore及其同事将荧光符号应用到种种DNA片断中,正在每一个片断用上差别的荧光探针,使他们能很容易区分出相互接近的片断。研究人员视察了老鼠2号染色体上一个具有100万碱基长度的地区,其包罗一组正在发育中起要害感化的Hox同源框卵白基因。为了对比,他们应用和Hi-C相似的盘算手艺剖析了雷同的DNA地区。关于Hox基因簇的某些局部,两种手艺偶然得出的结果是同等的。但正在有些状况下,一种会显现DNA是伸直的,而另一种显现DNA互相胶葛构成一个松散的球。“我们不晓得为什么会如许,也不晓得哪种要领是准确的。”德国柏林医学体系生物学研究所细胞生物学家Ana Pombo示意,“我们需求细致研讨这些要领正在通知我们甚么。”

Aiden引见道,其实验室应用Hi-C手艺获得的最新效果同显微镜下的发明同等。不外,“我们也不会掩耳盗铃,以为Hi-C数据就是最终目标”。“您会想开展许多种实验,不管它们能互相印证照样互相抵牾。”Aiden示意。

NIH展开4D核小体项目的目标便在于此。2014年,NIH公布了这个为期5年、每一年耗资2400万美元的项目。其将改进现有手艺,并且无望提出一些新技术。之所以被称为4D,是由于核小体的构造跟着细胞老化、分化及破裂而发作改动。研究人员期望弄清楚其中的体式格局和缘由。“目的是让这些手艺普遍提高。”位于马里兰州的国立关节炎及肌肉骨骼和皮肤病研究所份子生物学家Rafael Casellas示意。Dekker也以为,研究人员猛烈需求这些手艺。正如折纸只要被折叠起来才会有生命力,“我们的基因组中没有任何器械是有意义的,除正在三维状况下。”Dekker道。

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