摘要：基因組結(jié)構(gòu)制圖捕捉基因組中復(fù)雜的、多向的相互作用。
直到20世紀(jì)80年代，擁有黑白電視機的人都不知道他們錯過了什么，直到他們擁有了一臺彩色電視機。類似的轉(zhuǎn)變也可能發(fā)生在基因組學(xué)領(lǐng)域。
馬克斯·德爾布賴克中心柏林醫(yī)學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)研究所(MDC-BIMSB)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種名為基因組結(jié)構(gòu)測繪(GAM)的技術(shù)，可以窺視基因組，并以絢麗的彩色看到它。Pombo實驗室在Nature Methods上發(fā)表的一項新研究報告稱，GAM揭示了基因組空間結(jié)構(gòu)的信息，而這些信息對于僅使用Hi-C(2009年開發(fā)的用于研究DNA相互作用的主要工具)的科學(xué)家來說是不可見的。
圖1 研究人員開發(fā)出基因組結(jié)構(gòu)測繪(GAM)技術(shù)可以窺視基因組
“在黑白電視上，你可以看到形狀，但一切看起來都是灰色的，"分子生物學(xué)家、表觀遺傳調(diào)控和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)實驗室負(fù)責(zé)人Ana Pombo教授說?！暗绻阌幸慌_彩電，看看花，你會發(fā)現(xiàn)它們是紅色、黃色和白色的，而我們卻沒有意識到這一點。同樣，基因組在三維空間中折疊的方式也有我們沒有意識到的信息。"
了解DNA組織可以揭示健康和疾病的基礎(chǔ)。我們的細胞將一個2米長的基因組包裹在一個直徑約10微米的細胞核中。這種包裝是精確完成的，以便調(diào)控DNA在正確的時間與正確的基因接觸，并打開或關(guān)閉它們。三維結(jié)構(gòu)的改變會破壞這一過程并導(dǎo)致疾病。
該研究的第一作者之一、牛津大學(xué)的分子生物學(xué)家Robert Beagrie博士說:“我們早就知道疾病會在家族中遺傳。最近，我們開始明白，這種傾向在很大程度上是因為我們從父母那里繼承了影響我們基因開啟和關(guān)閉方式的DNA序列變異。"
GAM提供了更復(fù)雜的信息
諸如Hi-C和GAM之類的技術(shù)使科學(xué)家能夠凍結(jié)和研究調(diào)節(jié)序列和基因之間的相互作用。在Hi-C中，染色質(zhì)被酶切成碎片，然后再粘合在一起，這樣在測序時就能發(fā)現(xiàn)DNA的雙向相互作用。2017年，Pombo團隊在《Nature》雜志上首(空)次描述了GAM，科學(xué)家們從單個細胞中取出數(shù)百個細胞核薄片，并從中提取DNA。他們對DNA進行測序，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以了解哪些區(qū)域相互作用。
圖2 SWI/SNF的缺陷促進了真正的記憶T細胞形成
利用這項技術(shù)，研究小組繪制了一幅三維相互作用的地圖。當(dāng)他們將其與現(xiàn)有的利用Hi-C繪制的基因組3D圖譜進行比較時，他們發(fā)現(xiàn)了許多新的相互作用。這讓他們感到困惑，直到他們意識到他們使用GAM看到了更復(fù)雜的相互作用，DNA的多個區(qū)域同時聚集在一起。“這些更復(fù)雜的接觸包含活性基因、調(diào)控區(qū)域和超級增強子，這些增強子調(diào)節(jié)決定細胞身份的重要基因，"Christoph Thieme博士說，他是該研究的第一作者之一，也是Pombo實驗室的高級博士后。
相比之下，Hi-C捕獲的主要是雙向交互。這兩種技術(shù)是互補的，因為GAM檢測到的三分之二的接觸用Hi-C是不可見的，反之亦然。
Beagrie說:“看到我們發(fā)現(xiàn)了一個非常強大的效應(yīng)，我感到非常興奮。很明顯，這些復(fù)雜的相互作用比我們之前認(rèn)為的要普遍得多。"
參考資料：
[1] Multiplex-GAM: genome-wide identification of chromatin contacts yields insights overlooked by Hi-C
