科技日報記者 張夢然
英國《自然》雜志17日發布了人類細胞核內染色體的詳細圖譜。這一資源為深入理解人類DNA物理結構和生物表達的關聯提供了基礎。
人類染色體的三維組織結構，對于協調遺傳物質調控生物反應過程起著重要作用。DNA纏繞組蛋白形成名為染色質的復合體，存儲在細胞核內。大量染色質位點可通過生物化學修飾來調控基因表達。繪制這一三維結構及其如何隨時間（第四維度）而改變的工作，被稱為4D核組學。
鑒于細胞核結構如何在不同的時間尺度上重新組構尚未解釋清楚，一個重要原因是研究工具未能及時跟上。美國國立衛生研究院共同基金于2015年啟動了“4D核組計劃”，其目標是開發出研究核組織在空間和時間上的結構和功能的技術。
此次，“4D核組計劃”團隊之一、美國馬薩諸塞大學醫學院采用多種染色體捕獲技術，分析兩類細胞中的染色體組織：人類胚胎干細胞和成纖維細胞（結締組織細胞）。他們為每種細胞類型編目了超過14萬種染色質環（DNA復合結構），生成了單個基因的核環境模型，包括其與遠側調控元件的潛在遠距離相互作用。
通過整合不同方法的數據集，研究團隊對每種方法進行了基準測試，評估其在特定研究的用處。這項聯合研究還揭示了折疊染色質的基本物理機制——譬如，染色質的擠出和相分離，究竟是如何共同塑造了復雜的基因組三維結構等問題。結合這些數據集生成的空間模型，使轉錄和復制等遺傳過程能夠在染色質的三維環境中得到定位。
研究團隊表示，后續仍需要進一步研究，以探索這些觀察到的結構如何與單個基因功能相關聯，以及這些成果是否能應用于對抗遺傳疾病。
總編輯圈點
染色體研究不是二維的，而應在“四維時空”中考量。現在，“4D核組計劃”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三維結構的異常，而非單純的基因序列突變，未來或可通過調控染色質結構來治療遺傳病。更重要的是，這項研究建立的技術平臺和數據集，將成為整個生命科學領域的基礎資源，幫助人們實現“按需調控基因表達”的目標，最終推動癌癥、發育異常等重大疾病的治療。
