映射在3 d基因组

细胞面临一个艰巨的任务。他们必须整齐打包several-meter-long线程遗传物质进入细胞核直径只有5微米。这个折纸创建空间基因之间的相互作用和他们的开关,从而影响人类健康和疾病。现在,一个国际科学家小组设计了一个功能强大的新技术,“地图”这个三维地理的整个基因组。他们的论文发表在《自然》杂志上。

基因被激活产生RNA和蛋白质,然后再关掉,当分子不再需要。基因和它的开关是DNA序列,而且他们可能远躺在线性基因组。这对细胞带来了挑战,因为这些地区通常必须接触激活基因。

它还创建一个问题科学家试图理解生物学的一个核心问题:细胞如何决定哪些基因应该被激活,当?答案一定程度上取决于匹配每一个基因的控制序列。但DNA链太薄在显微镜下被跟踪,即使这是可能的,你有大量的DNA在细胞核中解决。想象检查一团纱地球的大小,希望观察单个链之间的相遇。

切核和识别接触统计的力量

一个新的称为基因组的技术架构映射,或访问,现在有助于识别这些联系人。它包括速冻组织或细胞,然后削减单个原子核的薄片。每个片内的微量DNA核然后测序,和团队部署一个数学模型,命名为片,确定“热点”增加链之间的相互作用。模型着眼于不同的基因组区域的频率出现在切片来推断基因的相对位置信息和地区称为激活增强剂。

“一个类比可能;如果你想了解学校的孩子们互动你可能需要偶尔的照片,他们坐在食堂或在操场上一起出现”,安娜Pombo联席牵头作者解释道,开始项目同时在MRC伦敦医学科学研究所(LMS)和基于现在在柏林医学系统生物学研究所马克斯·德尔布吕克分子医学中心的亥姆霍兹联合会(MDC)和柏林学院卫生(波黑)。“如果你一个月多次这样做,你将开始看到一个模式在那些经常坐在对方,或者跑在一起在玩。这些随机快照可能告诉你关于他们的社会交往。”

“这是通过过滤随机遇到的交互使用数学方法,”意大利di联席牵头作者马里奥Nicodemi说那不勒斯费德里科•二世,谁怀孕这样的数学模型,借助于他的博士生安东尼奥Scialdone发达。

保罗爱德华兹,和记黄埔/ MRC研究中心和剑桥大学病理学系和安娜Pombo以前最初的想法做实验所需的技术。“我的研究团队优化的方法,新的技术步骤出现我们添加了我们的方法,”她说。

发现犯罪嫌疑人与疾病有关

今天这项研究出现在自然界中,该方法适用于小鼠胚胎干细胞和作者希望这将有助于阐明许多基因的活动干扰在一些非常严重的疾病。在某些疾病,问题出在一个基因的序列,但监管缺陷区域发现基因组中其他地方可以同样危险,更难理解。新数据提供了一长串新的怀疑现在可以受到研究人员。

虽然先前的研究已经确定了双向联系,这些信息没有透露多少这样的接触发生和暗示他们可能是多么重要,Pombo说:“他们可以发现,你和我是朋友,但不是多强这友谊是相对于其他人。”

“人被测量双向联系很长一段时间,”罗伯特•Beagrie说共同第一作者在纸上,他是一个博士生与安娜Pombo LMS当他收集的研究数据和基于现在的牛津大学。“这些研究往往表明,你可以有一组不同的DNA成对相互作用的元素。用这种新方法我们能够生成一个全基因组目录的所有地区,我们有信心在互动团体。“现在,研究人员能够可靠地检测和量化的所谓“三联系”的基因组区域,积极表达。

单细胞技术:潜力巨大罕见疾病的调查

但也许最显著的进步通过GAM的实验都是基于单个细胞-是否常见或稀缺的组织和跟踪他们的职位相对于彼此在组织内。现有的方法需要大量的相同类型的细胞,这使得很难研究生物学和疾病的罕见类型。“有巨大的潜在应用在人类组织样本目录接触监管区域和目标基因,和用它来了解遗传变异和如何改变核生物学方面,“Pombo说。

一些研究者也开始表现出兴趣使用这种技术来探索当逆转录病毒的基因组DNA插入主机。癌症科学家也希望创建一个肿瘤的DNA特定区域的地图。“利用GAM的独特性质数据,数学模型可以可靠地获取这些信息,开辟了道路识别多个团队之间的相互作用,基因的调控中起着关键的作用,”Nicodemi解释道。“我们现在可以问一个基因是否同时联系的增强剂,或由每个增强器一次吗?”,Beagrie说。“我们知道,许多基因在早期发展中是非常重要的,有多个增强剂。但如何以及为什么他们表演调节基因仍然悬而未决的问题。”