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Cell發布突破性基因組研究技術之3-D圖像
2017/2/28 18:57:50 瀏覽次數:445
 Cell發布突破性基因組研究技術之3-D圖像
 
  來自美國麻省大學醫學院的研究人員開發出了一項新技術,可以提供真核生物基因組的詳細三維(3-D)圖像,這有可能幫助科學家們解答一些有關染色質結構的關鍵問題。在發表于《細胞》(Cell)雜志上的研究論文中,這一稱作為Micro-C的新技術使得研究人員能夠以核小體分辨率來分析染色體折疊,填補了以往一些技術留下的分辨率缺口。
  真核生物的基因組被包裝成叫做染色質的DNA-蛋白質復合物,這使得DNA可以被壓縮至較小的體積。核小體是染色質的基本重復單位,由DNA纏繞著8個組蛋白構成。在細胞分裂過程中,染色質進一步凝聚形成染色體。
  細胞可以通過改變染色質的結構來控制接近它們的DNA以及調控基因活性。相比于轉錄失活或被積極抑制的區域,發生積極轉錄的染色質區域要松散一些。盡管當前對第一級的染色質壓縮已經研究的很透徹,對于染色質高級結構卻相對知之甚少。
  分辨率差距是一個主要的障礙。一維染色體作圖分析可提供大約1-200bp長度的信息。三維染色體折疊分析適用于超過1 kb的長度。然而,當前的這些染色體結構分析方法無法達到與諸如30 nm纖維或酵母基因環(大約2-10個核小體)等高級結構相關的尺度范圍。
  為了填補這一盲點,麻省大學醫學院的Tsung-Han Hsieh和合作者們開發出了Micro-C,它能夠提供200 bp到大約4 kb長度的全基因組信息。這種方法是建立在從前開發的Hi-C實驗方法基礎上,Hi-C是通過結合接近性限制內切酶消化和大規模平行測序來探查整個基因組的3D結構。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切酶將染色質切成更小的片段,使得染色體折疊圖像達到核小體分辨率。
  他們發現酵母基因組第一級組織結構與基因結構有關,包含1-5個基因的染色質區域形成了緊湊的基因壓縮體(crumple)或球體而不是環(loops)。此外,體內數據并未揭示出重復的30 nm纖維結構——盡管在體外可以很容易觀察到這一結構,但其在體內是否存在一直存在爭議。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的一些因子。
  在未來的研究中,可以將Micro-C應用于諸如線蟲、果蠅或哺乳動物等高等生物。也可以結合它與單細胞技術來研究細胞間的染色質結構差異。根據Hsieh所說,這一技術的一個主要缺點在于,未能理想地捕捉長距離染色質相互作用。“我們正在致力改進交聯步驟,希望我們可以在單次分析中捕獲到短距離和長距離的相互作用。我們也沒有放棄繼續尋找30 nm纖維結構。
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