华中农大千人计划专家Cell发表基因组重要成果-观察-生物探索
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华中农大千人计划专家Cell发表基因组重要成果

2015/12/12 来源:生物通
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导读
在华中农业大学“千人计划”专家、Jackson实验室教授及基因组科学主任阮一骏(Yijun Ruan)博士的领导下的国际研究小组探究了细胞核中的3D基因组结构及它与基因表达和疾病的关系。他们的这些研究结果发布在Cell杂志上。


在华中农业大学“千人计划”专家、Jackson实验室教授及基因组科学主任阮一骏(Yijun Ruan)博士的领导下,由来自中国、美国、法国和波兰的研究人员组成的一个国际研究小组,探究了细胞核中的3D基因组结构及它与基因表达和疾病的关系。他们的这些研究结果发布在《细胞》(Cell)杂志上。

一些蛋白质因子负责在三维空间中组织细胞核内的染色体,形成礼品花(gift bow)样的形状,一些蛋白质则聚集成为中心“结”固定住丝带样的DNA环,此时一些基因有组织地适当表达,而在某些突变存在的情况下这会变得一团槽。

在华中农业大学“千人计划”专家、Jackson实验室教授及基因组科学主任阮一骏(Yijun Ruan)博士的领导下,由来自中国、美国、法国和波兰的研究人员组成的一个国际研究小组,探究了细胞核中的3D基因组结构及它与基因表达和疾病的关系。他们的这些研究结果发布在《细胞》(Cell)杂志上。

阮一骏说:“这篇论文的意义在于我们先进的3D基因组作图策略。它使得我们第一次揭示出了CTCF和cohesin介导的人类基因组高阶和详细的拓扑结构,及与RNA聚合酶II完成的基因转录调控之间的关系。这篇论文还适时地为美国国立卫生研究院(NIH)近期发起的4D核小体(Nucleome)计划添加了新的兴奋点。”

利用先进的3D基因组作图技术、3D基因组仿真和超分辨率显微镜,研究人员鉴别出了染色质蛋白(CTCF 和cohesin)介导的拓扑结构,在这一结构中一些基因在染色体水平上被组织和转录。他们发现,蛋白质绑定结沿着染色体轴定位,DNA环从转录失活的染色体核心伸出。这是第一次观察到积极与非积极读取的基因之间的障碍。

他们还决定了,CTCF/cohesin介导基因组组织并非是随意的。例如,“管家基因”(在所有细胞类型中共同表达的这些必需基因)往往定位在蛋白质绑定结的附近,而细胞特异性基因更常定位在延伸DNA环中。机制上,转录蛋白根据细胞的特定需求,选择性让这些环上的某些基因靠近蛋白质结实现细胞特异性表达。

此外,他们还发现了一个连接遗传突变和相关疾病的潜在机制。一个与欧洲裔人群哮喘和自身免疫疾病相关的单核苷酸突变破坏了周围基因的CTCF-DNA结合、DNA环拓扑结构及随后的转录,使得DNA未能形成蝴蝶结而变得一团槽。因此,蛋白质-DNA结合数据被证实对确定人类基因组中哪些特异核苷酸变化通过改变基因组拓扑结构驱动了疾病很有用。

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