科学家们绘制人类Loop-ome,露出一种新形式的基因调控

古代日本折纸艺术是基于这个想法,几乎任何设计——一个起重机,一只昆虫,一个武士,可以通过相同的空白的纸和折叠它以不同的方式。

人体面临着类似的问题。基因组在身体的每一个细胞都是相同的,但身体需要每个细胞是不同的——免疫细胞能对抗感染;视锥细胞有助于眼睛检测光;心脏的细胞必须击败没完没了地。

出现在线本周在《细胞》杂志上,研究人员贝勒医学院,莱斯大学,麻省理工和哈佛大学和哈佛大学五年努力的结果描述地图,以前所未有的细节,2米长的人类基因组如何折叠在细胞的细胞核。他们的研究结果表明,细胞-像一个微小的折纸爱好者调节其功能基因组通过折叠成一个几乎无限的各种形状。

这项新研究的核心是第一个可靠的目录循环跨越整个人类基因组。几十年来,科学家们研究了地区附近的一个基因密切了解监管。但随着基因组折叠,远非一个基因序列回环和接触这些附近的元素。

循环一直是现代生物学的一个盲点。“超过一个世纪以来,科学家已经知道DNA的细胞内部形成循环,那知道循环是非常重要的,”作者co-first亚斯Rao说,基因组中心的研究员架构贝勒。“但这些循环映射的位置是长久以来都被认为是一个不可逾越的挑战。”

研究人员表明,30亿个人类基因组的DNA字母划分为若干个大约10000循环,一个令人惊讶的是小数目。(之前的工作循环表明基因组包含超过一百万)。

“在早期的人类基因组测序,科学家相信人类有成千上万的基因。基因组计划显示更少的基因比每个人都在期待,“Erez Lieberman Aiden博士说,这项研究的资深作者,中心主任基因组的架构,和分子和人类遗传学助理教授贝勒医学院的部门在赖斯大学计算机科学和计算和应用数学。“事实上,有那么几个循环是一个类似的惊喜。”

团队的研究显示,尽管数量很少,DNA循环起着关键作用在几乎每一个过程中细胞内。这是因为许多循环基因一端。当循环形式,基因打开。

作者说:“折叠驱动函数co-first米里亚姆亨特利博士生在哈佛大学工程与应用科学学院的艾登。在另一端的循环——远离他们的基因调节迄今未知的遗传开关深埋在所谓的垃圾DNA。

“我们的地图循环显示成千上万的隐藏开关之前,科学家们不知道,”亨特利说。“对于基因可以导致癌症或其他疾病,知道这些交换机是至关重要的。”

该小组还发现了一系列的规则,如何循环可以形成。“如果DNA是一个小本经营的,你可以让任何一个循环。但在细胞内,循环的形成是高度限制,”Rao说。“循环我们看到几乎所有跨不到200万遗传信;他们很少重叠;他们几乎总是与一个单一的蛋白质,称为CTCF。“CTCF是参与染色质的3 d结构的规定,染色体的构建块。

“最惊人的发现是如何CTCF蛋白质形成一个循环”Eric Lander博士说,在纸上相应的作者。“即使他们是远,CTCF的元素,形成一个循环必须指向对方,形成一个基因组的阴和阳。“着陆器Broad研究所的主任,麻省理工学院的生物学教授和哈佛医学院的系统生物学教授。

有趣的是,研究小组发现,基因组中最大的循环只存在于女性。亨特利指出,“X染色体的复制,在雌性包含巨大的循环30倍的任何我们看到男性。”

他们还发现,许多循环出现在人类也存在于老鼠,这意味着这些特定折叠一直保存在近一亿年的进化。

“我们的研究表明,哺乳动物分享不仅1 d基因组序列相似,但也类似3 d基因组折叠模式,”艾登说,贝勒McNair学者。

在折纸,所有的设计,无论多么复杂,可以创建使用两种基本的折叠:山褶皱,褶皱。Rao说,基因组循环发挥类似的作用。

“循环的基本褶皱细胞的工具箱。我们发现细胞核内的DNA的形成和溶解循环使不同的细胞几乎无休止的数组创建一个不同的三维折叠,这样做,完成一个非凡的多种功能,”他说。