【資料圖】

使用這項(xiàng)新技術(shù)，科研團(tuán)隊(duì)可以觀察基因組中多個(gè)組同時(shí)相互作用的調(diào)控元素，而不是成對(duì)的元素，這對(duì)基因表達(dá)等細(xì)胞活動(dòng)產(chǎn)生影響。他們的研究最近發(fā)表在《自然-生物技術(shù)》雜志上，可能有助于澄清細(xì)胞特性和基因組結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。

該論文的高級(jí)作者、紐約基因組中心的核心成員、威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院病理學(xué)和實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)以及計(jì)算生物醫(yī)學(xué)副教授 Marcin Imieliński 解釋說：“了解基因組的三維結(jié)構(gòu)將幫助研究人員更好地了解基因組的功能，特別是了解不同細(xì)胞身份的編碼。我們研究基因組結(jié)構(gòu)的方法給了我們驚人的洞察力，但也有關(guān)鍵的限制”。

此前檢查某個(gè)基因組三維機(jī)構(gòu)，需要科研人員調(diào)查兩個(gè)基因組上的位點(diǎn)或物理位點(diǎn)彼此之間的互動(dòng)頻率。但目前人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，稱之為“增強(qiáng)子”（enhancers）和“啟動(dòng)子”（promoters）的這對(duì)基因組會(huì)相互作用以控制基因表達(dá)的組件。

而這些配對(duì)的信息會(huì)傳遞出不完整的基因結(jié)構(gòu)和功能。Imieliński 博士舉例說道，將某個(gè)折疊的圖案和某種特定細(xì)胞身份（例如肝臟、肺或上皮細(xì)胞）的基因組聯(lián)系起來一直就非常困難。科學(xué)家們推測(cè)，這種折疊會(huì)影響基因表達(dá)。他說：“但細(xì)胞類型是如何被編碼的，特別是在DNA的結(jié)構(gòu)中，一直是個(gè)謎”。

這支 Imieliski 博士帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)另一位重要人物是該論文的第一作者 Aditya Deshpande，他是計(jì)算生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的 Tri-Institutional Ph.D. 畢業(yè)生，曾在 Dr. Imieliski 實(shí)驗(yàn)室工作。他創(chuàng)造了一種全新的全基因組檢測(cè)和算法，使他們能夠研究基因組的某個(gè)位點(diǎn)，而不是成對(duì)的。

科研團(tuán)隊(duì)將 Hi-C（染色質(zhì)構(gòu)象捕獲，通過 DNA 和蛋白質(zhì)組合以評(píng)估基因組三維結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)方法）技術(shù)改為納米孔測(cè)序，或?qū)﹂L而連續(xù)的DNA分子鏈進(jìn)行高通量測(cè)序。這種新技術(shù)被命名為“Pore-C”，能夠讓研究人員檢查數(shù)以千萬計(jì)的基因組三維結(jié)構(gòu)。

科研團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了統(tǒng)計(jì)方法，通過基因組是否相互合作以影響基因表達(dá)來確定哪些基因組是重要的。Imieliński 博士說：“基因組的許多三維互動(dòng)并不重要。我們的分析方法幫助我們優(yōu)先考慮可能對(duì)基因組功能很重要的群體相互作用”。作為該研究的一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，最重要的DNA元素合作分組發(fā)生在與細(xì)胞身份相關(guān)的基因周圍。

未來的實(shí)驗(yàn)將探索哪些特定的基因組元件分組對(duì)細(xì)胞特性的各個(gè)方面至關(guān)重要。這項(xiàng)新技術(shù)還可能幫助研究人員了解干細(xì)胞（人體的未成熟主細(xì)胞）如何分化成不同的細(xì)胞類型。

此外，研究人員可能能夠更好地了解癌細(xì)胞的異常情況。Imieliński博士說：“在未來，這項(xiàng)技術(shù)可能真的有助于了解癌細(xì)胞基因組是如何重排的，以及這些重排如何驅(qū)動(dòng)改變的細(xì)胞身份，使癌癥得以生長和擴(kuò)散”。