新技术揭示了看不见的DNA编码的信息

想象阅读整本书,然后意识到你的眼镜不允许你区分“g”与“q。“你错过了什么细节?

遗传学家面临类似的问题,最近发现的第六个核苷酸的DNA字母。两个修改的胞嘧啶,四大基地之一,DNA,看起来几乎相同,但意味着不同的东西。但是科学家缺乏阅读DNA的一种方式,由信信,精确检测这些修改在特定组织或细胞类型。

现在,从芝加哥大学的一组科学家,路德维希癌症研究所,加州大学圣地亚哥分校和埃默里大学开发和测试一种技术来完成这项任务。结果发表在5月17日的在线版的《细胞》杂志上。

该团队使用技术映射5-methylcytosine (5-mC)和5-hydroxymethylcytosine (5-hmC)在人类和小鼠胚胎干细胞的DNA,揭示新信息的分布模式。这些研究表明,DNA的修改中扮演主要的角色基本生命过程,如细胞分化,癌症和脑功能。

“他们调节基因的表达,产生广泛影响干细胞的发展,各种人类疾病如癌症,并可能在神经退行性疾病。他们甚至可能塑造人类大脑的发展,“川他说UChicago化学教授。

科学家们一直在研究的模式5-mC几十年来,作为表观遗传学领域的一部分:研究的信息,是“上面”的DNA序列。然而,研究人员只认识到5-hmC出席重要的几年前在我们的DNA水平。5-mC通常是发现基因关闭,并帮助沉默基因,不应该打开。相比之下,5-hmC似乎丰富活跃的基因,特别是脑细胞。同时,春节酶缺陷5-mC转换成5-hmC可以推动白血病形成,暗示5-hmC癌症很重要的变化。

细胞论文描述一个方法称为TAB-Seq 5-hmC直接措施,并提出了第一个地图5-hmC整个基因组的碱基决议。他和他的三个学生在UChicago构想和发展这项技术。他们的发明专利正在等待;UChicago正在与芝加哥Wisegene进一步发展这项技术。

表观遗传学的研究人员期望TAB-Seq对他们的工作产生重大影响。

“这是一个重大突破,TAB-Seq允许精确映射所有5-hydroxymethylcytosine站点的使用成熟的哺乳动物的基因组,下一代DNA测序方法,”约瑟夫·埃克说,索尔克生物研究所教授,他并没有参与细胞的研究。“研究显示得很清楚,获得有用的知识关于这个知之甚少后生监管机构要求的确切位置的确定与基准面精度5 hmc。我希望他们的新方法将立即成为广泛采用。”

团队的其他两个实验室,Bing任正非的路德维希癌症研究所/ UCSD组应用TAB-Seq人类胚胎干细胞,而彭金集团埃默里大学应用小鼠胚胎干细胞的方法。

先前的研究已经表明,5-hmC上发现的基因。现在,额外的分辨率和随后的老鼠和人类胚胎干细胞的研究表明,它是最常发现的DNA序列控制基因活动,称为增强剂,相比,基因的部分实际上是读到RNA。

“我们学会了使用这种新技术领域的这个修改是最丰富的基因组被称为增强剂,调节基因的表达。这种潜在的监管角色的hmC可以解释它的重要性在胚胎干细胞,以及为什么它的中断可能会导致白血病的发展,”加里鸿说,实验室的博士后Bing任,进行全基因组分析5 hmC的人类胚胎干细胞在加利福尼亚大学圣迭戈分校(UCSD)的路德维希癌症研究所。

5-mC另一个区别在于,5-hmC通常只有一面的DNA。相比之下,5-mC通常是发现对称。总的来说,5-hmC不如5-mC丰富的14倍左右。即使在网站5-hmC最丰富的地方,还是出现在五分之一5-mC频率,研究小组发现使用这项新技术。

先前的研究已经发现5-hmC 10倍比干细胞丰富大脑,所以它可能有一个特别重要的作用。金的实验室使用新技术精细地图5-hmC大脑发展中。

“5-hmC可以真正看到的各种功能,我们需要看看它如何出现和消失,像大脑发育过程中。这种技术将使我们和其他调查人员,潜水在高分辨率和得到信息,”金说,艾莫利大学人类遗传学副教授。