人類具有23對染色體，指導(dǎo)機體發(fā)育，這些染色體中的DNA包含了所有生物機體藍圖，雖然科學(xué)家們已逐步了解了DNA的一維平面結(jié)構(gòu)，但是至今關(guān)于這些DNA的不同部分在細胞核中如何折疊，相互作用的還并不清楚。

來自Ludwig癌癥研究所，加州大學(xué)圣地亞哥分校等處的研究人員發(fā)表了題為“Topological domains in mammalian genomes identified by analysis of chromatin interactions”的文章，利用一種強有力的DNA測序方法，分析了細胞核染色體中的DNA三維結(jié)構(gòu)，這將有助于科學(xué)家們更深入的了解DNA折疊的基礎(chǔ)機理，以及其在基因調(diào)控中的作用。

文章的通訊作者是Ludwig癌癥研究所Bing Ren（任兵，生物通譯）教授，任教授1991年從中國科技大獲得學(xué)士學(xué)位，之后赴美在哈佛大學(xué)獲得計算機專業(yè)碩士學(xué)位，1998年獲得哈佛大學(xué)生化學(xué)博士學(xué)位，在白頭研究所做博士后研究，2001年加入Ludwig 癌癥研究所，之后進入加州大學(xué)圣地亞哥分校。

他表示，“無論是哪種生物教科書，我們看到的有關(guān)基因如何編碼的圖表，都是一維平面的。事實上，基因的兩個部分也許在線性上距離遠，但在立體中卻靠得很近”，“隨著深入了解DNA如何在細胞核內(nèi)折疊的，現(xiàn)在我們能構(gòu)建一張基因調(diào)控流程更完整的圖像”?？臻g構(gòu)造與功能密切相關(guān)。

研究人員采用了一種以測序為基礎(chǔ)的方法：Hi-C，利用這種方法，他們檢測了染色體的三維結(jié)構(gòu)，“我們采用這種方法，能構(gòu)建兩個染色體的相互作用圖譜，從而推斷DNA折疊的模式?，F(xiàn)在我們知道，這些DNA能折疊成許多稱為拓撲結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)域，這平均包含一百萬堿基。通過比對，整個人類基因組大約是三十億堿基對”，文章的第一作者，任教授實驗室Jesse Dixon表示。

Hi-C是一種3C衍生技術(shù)，基于交聯(lián)DNA與生物素linker的鄰近連接，能夠拉下（pull down）片段，接著進行高通量測序。之前曾從800萬個讀取對中產(chǎn)生基因組范圍的接觸模型，分辨率在1MB。

研究組分析了這個相互作用圖譜，發(fā)現(xiàn)拓撲結(jié)構(gòu)域是折疊的基礎(chǔ)單元，之后他們又通過在不同細胞類型中比對分析，確認了這一研究結(jié)論。在每種細胞類型中，DNA折疊成的拓撲結(jié)構(gòu)域是固定的。

同時來自麻省醫(yī)學(xué)院的研究人員進行的另外一個平行實驗也支持了上述結(jié)論，他們主要聚焦于小鼠胚胎干細胞中X染色體上的區(qū)域，以及神經(jīng)細胞，成纖維細胞。研究人員發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域的折疊模式與任教授研究組發(fā)現(xiàn)的相似。這進一步表明了這種組織方式與基因調(diào)控有關(guān)。

“這還只是這一令人激動的研究領(lǐng)域的一個開端——從三維的角度理解細胞核進程。我們知道，一些癌癥，包括多種白血病都是由于兩種基因易位引發(fā)的，目前還不清楚這種易位是如何發(fā)生的，以及其是否是由偶然事件引發(fā)的。如果能了解染色體空間構(gòu)架，那么就能為解析這些奧秘提供幫助，而且更重要的是，弄清楚如何能阻止這種情況的發(fā)展，或者減緩其作用”，任教授說。

任教授還曾在09年發(fā)表Nature文章，解析了組蛋白修飾對細胞分化命運的控制機制。先前他們用一種基于DNA-蛋白交聯(lián)基礎(chǔ)上的染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP-chip）技術(shù)定位了人類基因組上的啟動子，增強子和絕緣子（insulator）。之后研究者用相同的技術(shù)定位不同類型細胞的啟動子，增強子等，對這些調(diào)控子在細胞分化命運中所起的作用進行詳細分析。

他們最終在人類基因組上鑒定了55,000種潛在的轉(zhuǎn)錄增強子，這些研究結(jié)果大大的擴增了人類對增強子的了解，也豐富了增強子的內(nèi)容，這些增強子等順式調(diào)控因子對細胞的分化命運具有重要的意義。