科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

英國(guó)《自然》雜志17日發(fā)布了人類(lèi)細(xì)胞核內(nèi)染色體的詳細(xì)圖譜。這一資源為深入理解人類(lèi)DNA物理結(jié)構(gòu)和生物表達(dá)的關(guān)聯(lián)提供了基礎(chǔ)。

人類(lèi)染色體的三維組織結(jié)構(gòu)，對(duì)于協(xié)調(diào)遺傳物質(zhì)調(diào)控生物反應(yīng)過(guò)程起著重要作用。DNA纏繞組蛋白形成名為染色質(zhì)的復(fù)合體，存儲(chǔ)在細(xì)胞核內(nèi)。大量染色質(zhì)位點(diǎn)可通過(guò)生物化學(xué)修飾來(lái)調(diào)控基因表達(dá)。繪制這一三維結(jié)構(gòu)及其如何隨時(shí)間（第四維度）而改變的工作，被稱(chēng)為4D核組學(xué)。

鑒于細(xì)胞核結(jié)構(gòu)如何在不同的時(shí)間尺度上重新組構(gòu)尚未解釋清楚，一個(gè)重要原因是研究工具未能及時(shí)跟上。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院共同基金于2015年啟動(dòng)了“4D核組計(jì)劃”，其目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出研究核組織在空間和時(shí)間上的結(jié)構(gòu)和功能的技術(shù)。

此次，“4D核組計(jì)劃”團(tuán)隊(duì)之一、美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院采用多種染色體捕獲技術(shù)，分析兩類(lèi)細(xì)胞中的染色體組織：人類(lèi)胚胎干細(xì)胞和成纖維細(xì)胞（結(jié)締組織細(xì)胞）。他們?yōu)槊糠N細(xì)胞類(lèi)型編目了超過(guò)14萬(wàn)種染色質(zhì)環(huán)（DNA復(fù)合結(jié)構(gòu)），生成了單個(gè)基因的核環(huán)境模型，包括其與遠(yuǎn)側(cè)調(diào)控元件的潛在遠(yuǎn)距離相互作用。

通過(guò)整合不同方法的數(shù)據(jù)集，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)每種方法進(jìn)行了基準(zhǔn)測(cè)試，評(píng)估其在特定研究的用處。這項(xiàng)聯(lián)合研究還揭示了折疊染色質(zhì)的基本物理機(jī)制——譬如，染色質(zhì)的擠出和相分離，究竟是如何共同塑造了復(fù)雜的基因組三維結(jié)構(gòu)等問(wèn)題。結(jié)合這些數(shù)據(jù)集生成的空間模型，使轉(zhuǎn)錄和復(fù)制等遺傳過(guò)程能夠在染色質(zhì)的三維環(huán)境中得到定位。

研究團(tuán)隊(duì)表示，后續(xù)仍需要進(jìn)一步研究，以探索這些觀察到的結(jié)構(gòu)如何與單個(gè)基因功能相關(guān)聯(lián)，以及這些成果是否能應(yīng)用于對(duì)抗遺傳疾病。

總編輯圈點(diǎn)

染色體研究不是二維的，而應(yīng)在“四維時(shí)空”中考量。現(xiàn)在，“4D核組計(jì)劃”的突破性成果為理解遺傳疾病提供了全新視角——許多疾病可能正源于染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的異常，而非單純的基因序列突變，未來(lái)或可通過(guò)調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)治療遺傳病。更重要的是，這項(xiàng)研究建立的技術(shù)平臺(tái)和數(shù)據(jù)集，將成為整個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)資源，幫助人們實(shí)現(xiàn)“按需調(diào)控基因表達(dá)”的目標(biāo)，最終推動(dòng)癌癥、發(fā)育異常等重大疾病的治療。