破译不活跃的X染色体

马塞诸斯州大学医学院的科学家们在巴黎居里研究所已经详细的看了小,密集的不活跃的雌性哺乳动物中发现的X染色体的结构称为巴氏小体和开发了一个模型系统,可能理解染色体结构和基因表达的一个重要工具。

不活跃的X染色体一直被认为是一个非晶态结构压实,但这项新的研究,发表在自然,揭示了一个高度有组织的染色体组成的两个截然不同的叶浓缩活性的DNA与较小的结构域的活跃DNA嵌入。这些较小的域,称为拓扑关联域,定义是高度遗传“社区”和其他染色体上发现的。这些领域有基因表达的一个重要的角色,和他们的存在在否则不活跃的巴氏小体是令人惊讶的。

“这是最详细的分子的观点我们已经能够获得的DNA在巴氏小体,”德克说工作,博士学位,教授霍华德•休斯医学研究所研究员,生物化学和分子药理学和在系统生物学的联合项目。“在显微镜下,不活跃的X染色体是非常不同于其他染色体;未定义的,它看起来就像一个浓缩的不活跃的blob。我们的研究中,通过一系列的实验方法包括成像和基因组的方法,描述了完全不同的东西:一个高度有组织的和精致的结构,丰富的功能,可能沉默或激活基因的染色体。”

虽然DNA是由一个线性序列的基地,里面不存在一个简单的细胞核,直接形式。相反,基因组折叠和循环回到自己所以能放入这个狭小的空间内,细胞核。的形状有一个深远的影响,细胞中基因开启或关闭。正确理解基因组是如何工作的协调基因表达,有必要了解基因组在空间组织细胞内。

在不活跃的X染色体,科学家知道雌性哺乳动物包含两个X染色体,其中一个是“关闭”,以避免过度的基因。这个不活跃的X染色体可以清楚地看到用显微镜密集,不成形的,黑暗的污点,称为巴氏小体。人们认为巴氏小体的密度形状大多是由于它是不活跃的。但精确的巴氏小体的结构,它是如何凝聚以及为什么一些的DNA片段仍然活跃甚至已经很难探索使用最先进的成像技术,和最近的基因组方法基于染色体构象捕获。

的先驱研究基因组的三维结构,德克尔博士开发了一套染色体构象捕获technologies-biochemical技术确定DNA片段如何交互和链接到另一个,这是核心的“3 c”,“5 c”和“高c”全球研究人员所使用的工具绘制三维组织细胞内的染色体。使用高c技术,德克和他的同事们能够构造一个详细视图的形状和结构的不活跃的X染色体。

为了揭开不活跃的X染色体的结构,德克和他的同事们首先必须解决一些主要障碍。一个问题,根据布莱恩·r·Lajoie bioinformatician在德克实验室,是不可能告诉除了活跃不活跃的X染色体X染色体,因为他们几乎相同的序列。“我们使用的小鼠模型在实验室缺乏多样性我们需要基因能够使这种区别,”他说。

“为了正确确定染色体的三维结构使用高c测序技术,我们跨越两个不同品系小鼠,建立了一个新的计算方法使用天然突变的一个X染色体作为路标,“Lajoie说。“通过缺口计算上,我们能够足够的点连接到开始构建三维模型内部的不活跃的X巴氏小体”。

他们发现,巴尔的身体不是一个密集的DNA,而是由两个分别包装叶隔开一个高度重复的DNA片段称为macrosatellite重复,只在一些地方发现的基因组中。德克推测这些macrosatellite重复负责包装和组织DNA在巴氏小体。当团队用CRISPR技术手术移除macrosatellite染色体的重复,他们发现bi-lobed结构消失。

“这是非凡的,单个元素可以有这样一个全球对染色体的形态和功能的影响,”伊迪丝听到说,博士,椅子的表观遗传学和细胞在巴黎居里研究所的记忆。

虽然大部分是不活跃的,还有集群内的基因叶被表达。这些基因驻留在拓扑关联域(TADs),组织基因组到社区由边界富含抑制转录的特定蛋白质。这一发现表明,TADs扮演一个角色在组织中基因表达沉默的X染色体的否则不活跃的叶。

“为了一个不活跃的巴尔体内基因表达它必须位于有点里面。可能TADs可能玩的一种保护作用,允许访问基因表达甚至当它们位于冷凝和无效染色体,”德克说。

这一突破性的建立不活跃的X染色体是一个强大的和独特的模型系统研究之间的关系的空间组织的基因组和基因表达,将有助于科学家了解更多的活细胞内的基因组是如何工作的。