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图片来源：www.msu.edu
2015年12月14日 讯 /生物谷BIOON/ –近日，发表于国际杂志Cell Stem Cell上的一项研究论文中，来自怀特黑德研究所的研究人员通过研究开发了一种新型的DNA环的图谱，该DNA环包括了人类基因组的三维结构，而且可以调节人类胚胎干细胞和成体细胞中的基因表达，而染色体框架中基因和调节性元件的定位或可帮助科学家们更好地理解领航基因组研究，并且建立突变和疾病发生之间的关联。
这种DNA环图谱可以允许科学家们预测正常细胞中的基因表达情况，以及疾病发生中基因的异常调节情况，相比之前而言正确率提高了很多；为了调节基因表达，一种调节性的元件就需要同其靶向基因相接触，由于DNA已经成环，线性DNA中彼此距离较远的基因配偶体就会被带到一起；大部分疾病的突变都发生在调节性元件上，但如果一种看似很远的基因和调节性元件之间的关系并不为人所知，那么突变的数据就会被很有限地利用，而本文中绘制该图谱或许就可以帮助科学家预测突变元件和其靶向基因之间的关联。
研究人员Xiong Ji指出，当我们考虑疾病时，就需要考虑3D空间的基因组结构，这对于我们理解基因如何被调节非常关键，这种三维的信息可以帮助我们以较高的正确率来解释调节性和突变的数据；此前对小鼠胚胎干细胞进行研究表明，染色体DNA可以形成一种环状结构，而这种结构可以通过名为CTCFs的蛋白质来固定，这种环状结构的利益是双倍的，首先环状结构可以帮助将两米长的DNA装进直径仅有5微米的细胞核中，其次，每一个环状结构都会产生一种绝缘的领域来限制调节性元件对相同环上基因的作用。
通过对人类胚胎干细胞的研究，研究人员绘制出了包含由CTCF固定的13000个环的起始基因组图谱，同时研究者还表示，平均的绝缘区域为200kb长，且包括一个独立的基因；研究者发现，人类胚胎干细胞基因组中大多数绘制的CTCF固定位点都会被维护，而环状固定序列在灵长类动物的基因组中也是具有高度保守性的，而其保守的级别就揭示了，绝缘区域可以为基因调节提供一种基础性的网络。
后期研究中研究人员将重点对人类基因组的3D结构的重要性进行研究，研究者发现，CTCF固定的区域在广谱的癌症中是突变的，而他们预测，这些人类基因组的图谱可以为阐明并且理解引发多种疾病的遗传改变提供思路和希望。（基因宝jiyinbao.com）
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3D Chromosome Regulatory Landscape of Human Pluripotent Cells
Xiong Ji6, Daniel B. Dadon6, Benjamin E. Powell6, Zi Peng Fan6, Diego Borges-Rivera6, Sigal Shachar, Abraham S. Weintraub, Denes Hnisz, Gianluca Pegoraro, Tong Ihn Lee, Tom Misteli, Rudolf Jaenisch, Richard A. Young
In this study, we describe the 3D chromosome regulatory landscape of human naive and primed embryonic stem cells. To devise this map, we identified transcriptional enhancers and insulators in these cells and placed them within the context of cohesin-associated CTCF-CTCF loops using cohesin ChIA-PET data. The CTCF-CTCF loops we identified form a chromosomal framework of insulated neighborhoods, which in turn form topologically associating domains (TADs) that are largely preserved during the transition between the naive and primed states. Regulatory changes in enhancer-promoter interactions occur within insulated neighborhoods during cell state transition. The CTCF anchor regions we identified are conserved across species, influence gene expression, and are a frequent site of mutations in cancer cells, underscoring their functional importance in cellular regulation. These 3D regulatory maps of human pluripotent cells therefore provide a foundation for future interrogation of the relationships between chromosome structure and gene control in development and disease.