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DNA三維結構是如何立起來的

2015-08-24
來源:健康報         作者:胡德榮

DNA復雜且有規律的三維結構是如何建立起來的?上海交通大學系統生物醫學研究院比較生物醫學研究中心吳強教授團隊新近發現,一種被稱為CTCF的絕緣子結合蛋白起了關鍵作用。相關研究論文近日發表在《細胞》雜志上。專家認為,該研究為進一步認識三維基因組的結構、功能以及疾病發生發展奠定了重要基礎,將推動轉化醫學研究,對疾病的精準醫療具有重要意義。

人類基因組編碼的遺傳信息決定了組織器官發育和大腦功能,但我們對人類基因組30億堿基對序列中蘊藏的遺傳信息認識還遠遠不夠。人類基因組包含十幾萬個絕緣子結合蛋白CTCF結合位點,CTCF蛋白通過結合位點參與建立復雜而有序的DNA相互作用網絡。CTCF在DNA調控元件之間進行染色質環化中起到重要的連接作用,被形象稱為“基因組的紡織工”。

吳強團隊利用前期開發的DNA片段CRISPR遺傳編輯技術,通過原位反轉CTCF位點,發現在原鈣粘蛋白基因簇中,CTCF蛋白識別其靶向DNA元件具有方向性。這種蛋白質識別DNA調控元件的方向性決定了染色質高級拓撲結構域的建立和增強子與基因啟動子的特異性相互作用,并影響基因的時空表達模式。

科研人員在珠蛋白基因簇中進行了原位DNA片段遺傳操作,發現位于上游正向的CTCF位點與位于下游反向的CTCF位點的DNA序列能夠進行特異性長距離染色質環化,形成特異的染色質高級拓撲結構域,即基因組的線性一級結構能夠決定其立體高級拓撲結構。

科研人員利用計算生物學方法揭示出,這個一維基因組線性DNA序列決定三維基因組高級拓撲結構的自然規律,在整個人類基因組中具有普遍適用性。

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