作者:阮一骏等 来源:《细胞》 发布时间:2012-2-13 9:31:38
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科学家揭示基因远程相互作用机制
 
去年受聘为华中农大“千人计划”专家的阮一骏教授,其研究组一直从事基因组空间结构方面的研究,曾建立了世界先进的基因组学研究方法体系——全基因组双末端标记测序系统(Paired-End-Tag,简称PET)。近期其研究组发表了题为“Extensive Promoter-Centered Chromatin Interactions Provide a Topological Basis for Transcription Regulation”的文章,揭示了基因如何相互作用影响,包括远程相互作用的机制,这将有利于科学家们深入了解人类基因工作的原理,以及探索相关疾病的遗传机制。这一成果公布在《细胞》(Cell)杂志上。
 
真核生物的染色体是由一系列各自独立,又高度有序的染色质结构域构成。这些结构域就是一些独立的基因表达调控单位,在真核生物的基因表达调控扮演着重要的角色,比如DNA拓扑结构变化、DNA碱基修饰变化、组蛋白变化等都具有重要的调控作用。但是至今科学家们对于染色体构架在基因调控中的作用,了解得还很少。
 
在这篇文章中,研究人员利用阮一骏教授开发的新技术:ChIA-PET,完成了一项重要的基础性研究工作,揭示了人类细胞中基因调控的一些基础性机制。
 
ChIA-PET (Chromatin Interaction Analysis using Paired End Tag sequencing)分析方法是一种新型的测序方法,其中PET是一种革新性的基因测序方法,这种方法能帮助解决新一代测序平台阅读长度较短的缺点问题,利用多种应用的配对末端标签测序——PET测序,从超高通量测序的常DNA片段末端引出短的配对标签,从而就能精确地绘制基因组。
 
目前不少研究表明,远离基因的基因组区域在调控疾病方面的重要作用,那么这是如何实现的呢,研究人员认为染色质相互作用,即DNA上的三维折叠帮助这些距离远的区域调控基因表达。为了证实这一观点,阮一骏教授研究组进行了长期持续的研究分析。
 
这项新发现就揭示出,虽然人类基因组中的基因相互相隔甚远,但是相关的基因实际上能通过长距离的染色体相互作用,以及高度有序的染色体构架,有序的进行组织。这表明人类细胞中存在一种类似细胞操纵系统的拓扑学机制,能帮助转录调控,而这种拓扑调控机制也有助于解析人类基因中的遗传元素。
 
美国联合基因组研究所主任Edward Rubin评论这一成果,认为“这项由阮一骏博士完成的研究成果”,“解决了基因之间,以及开启或者关闭基因的人类基因组元件之间,如何相互沟通的基础性问题。他们利用一种称为ChIA-PET的DNA图谱技术,从三维结构上揭示了人类基因组中基因,如何在恰当的时间里相互影响,基因激活的。我认为这项成果将会很快从基础科研文献中,进入课本,帮助学生们更好的理解人类基因组的操控原理。而ChIA-PET技术,作为人类基因组探索的‘望远镜’,也将成为一种具有创新性,重要的分子分析工具。”
 
人类基因组功能元件的深入理解,需要对个体基因组和染色体结构的详细巡查和比对,这就需要对DNA测序的通量和花费进行改进。新一代测序平台将是低花费和高通量的,但其阅读长度较短。这一限制的直接和普遍认可的解决方法就是多种应用的配对末端标签测序,简称为PET测序,从超高通量测序的常DNA片段末端引出短的配对标签。PET测序能够精确地绘制参考基因组,区别PET所在DNA片段的基因组边界和鉴定靶DNA片段。PET测序法已经发展为转录组,转录因子结合位点和染色体结构分析。PET测序技术的独特优点在于能够暴露DNA片段两末端的连接处。由于该优点,PET测序可以解释非传统的融合转录物,染色体结构变化,甚至分子相互作用。 (来源:生物通 万纹)
 
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