在最近發(fā)表在“ 自然生物技術(shù) ”雜志上的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家們將目光投向了染色質(zhì) - 染色質(zhì) - 將DNA包裝到細(xì)胞染色體中的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物 - 以更好地了解基因組的工作原理。更好地了解染色質(zhì)將為基因組的工作部分以及如何管理這些部分提供重要的見(jiàn)解。

染色質(zhì)通過(guò)控制使基因組起作用的基因和調(diào)節(jié)蛋白的獲取來(lái)影響細(xì)胞中的基因活性。粘附于DNA的化學(xué)標(biāo)簽會(huì)影響染色質(zhì)組織以及打開(kāi)和關(guān)閉哪些基因。染色質(zhì)組織還可以影響正常細(xì)胞發(fā)育 - 細(xì)胞是否可能成為肝臟，腎臟或皮膚細(xì)胞 - 以及疾病的發(fā)作，包括癌癥。但是染色質(zhì)很難研究，因?yàn)樗慕M成在細(xì)胞類型中是不同的，甚至在相似的細(xì)胞中也是如此。

來(lái)自兩個(gè)國(guó)家人類基因組研究所(NHGRI)資助計(jì)劃，DNA元素百科全書(ENCODE)項(xiàng)目和基因組科學(xué)卓越中心(CEGS)的研究人員現(xiàn)已通過(guò)創(chuàng)建染色質(zhì)圖譜來(lái)解決這一問(wèn)題。在單個(gè)細(xì)胞中看起來(lái)像。他們結(jié)合了幾種技術(shù)，包括DNA測(cè)序，并深入了解細(xì)胞內(nèi)的基因組信息是如何被控制的 - 從字面上打開(kāi)或關(guān)閉。該研究還揭示了生物體中各種細(xì)胞的新細(xì)節(jié)，包括新細(xì)胞亞型。

結(jié)果可以進(jìn)一步理解基因組活性如何在不同細(xì)胞類型中受到調(diào)節(jié)，并提供關(guān)于基因組控制系統(tǒng)如何影響基因在正常細(xì)胞發(fā)育或疾病中起作用的方式的新信息。

“通過(guò)研究單個(gè)細(xì)胞中的染色質(zhì)組織，可以辨別出細(xì)胞之間細(xì)微差異和細(xì)胞內(nèi)活動(dòng)的信息，”基因組科學(xué)部主任，CEGS項(xiàng)目協(xié)調(diào)員Jeffery Schloss博士說(shuō)。在NHGRI。“這很重要，因?yàn)槲覀儾粫?huì)理解生物學(xué)是如何運(yùn)作的，或疾病狀態(tài)出了什么問(wèn)題，除非我們能夠理解設(shè)定個(gè)體細(xì)胞狀態(tài)的'回路'，以及它們?nèi)绾巫兓?，即使在一小塊組織內(nèi)，其中一些可能表明疾病狀況。“

雖然基因主要包含用于創(chuàng)建在細(xì)胞中執(zhí)行各種任務(wù)的蛋白質(zhì)的指令，但絕大多數(shù)基因組 - 大約99% - 不產(chǎn)生蛋白質(zhì)，而是包括調(diào)節(jié)基因組如何工作的信息。在細(xì)胞中定位染色質(zhì)可以鑒定基因組的非蛋白質(zhì)編碼區(qū)中的調(diào)節(jié)信息。這些信息 - 在DNA序列中發(fā)現(xiàn) - 通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉基因來(lái)控制基因，就像開(kāi)關(guān)一樣，但是在正確的環(huán)境中在正確的環(huán)境中控制基因。在某些情況下，這些交換區(qū)域中的信息因人而異。

“我們知道調(diào)節(jié)序列 - 開(kāi)關(guān) - 具有令人難以置信的特定背景。它們被包裹在染色質(zhì)中并被標(biāo)記，并且可以從細(xì)胞類型到細(xì)胞類型不同。這些開(kāi)關(guān)是溫床，其中基因組的變異在疾病風(fēng)險(xiǎn)中起作用， “馬薩諸塞州綜合醫(yī)院和波士頓哈佛醫(yī)學(xué)院病理學(xué)教授布拉德利伯恩斯坦博士說(shuō)，他領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)工作。

伯恩斯坦博士說(shuō)：“鑒定細(xì)胞間差異或細(xì)胞群體差異，對(duì)于理解基因組的調(diào)控生物學(xué)至關(guān)重要。” “我們沒(méi)有辦法捕捉那些細(xì)胞與細(xì)胞之間的差異。我們發(fā)現(xiàn)群體中不同的細(xì)胞被認(rèn)為是相同的而是轉(zhuǎn)向不同的基因，并且可能存在動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)換和變異過(guò)程。 “。

在這項(xiàng)研究中，伯恩斯坦博士及其同事開(kāi)始研究不同細(xì)胞或細(xì)胞類型如何在特定時(shí)間點(diǎn)或隨時(shí)間調(diào)節(jié)基因活性。

研究人員將染色質(zhì)繪圖技術(shù)與最近的技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合，以檢查單細(xì)胞。他們從數(shù)千個(gè)細(xì)胞中標(biāo)記染色質(zhì)，并分離出單個(gè)細(xì)胞并對(duì)其DNA進(jìn)行測(cè)序，從而在每個(gè)細(xì)胞中創(chuàng)建染色質(zhì)譜。然后，他們確定了相關(guān)單細(xì)胞譜的組，然后將其細(xì)分為較小細(xì)胞亞組的譜。

他們還證明了這些技術(shù)可以檢測(cè)到表觀基因組中的已知差異 - 三種類型的細(xì)胞中可以分辨染色質(zhì)并且可以告訴基因組做什么的額外化學(xué)化合物層：小鼠胚胎干(ES)細(xì)胞，胚胎成纖維細(xì)胞和造血祖細(xì)胞。他們結(jié)合了數(shù)百個(gè)單獨(dú)的細(xì)胞測(cè)量，為每種細(xì)胞類型創(chuàng)建染色質(zhì)圖譜。

然后，科學(xué)家們專注于ES細(xì)胞，這些細(xì)胞具有不同程度的發(fā)展成不同細(xì)胞類型的潛力。當(dāng)他們檢查了數(shù)千個(gè)單獨(dú)的ES細(xì)胞時(shí)，他們根據(jù)染色質(zhì)構(gòu)成確定了三種不同的細(xì)胞亞型。他們發(fā)現(xiàn)每種干細(xì)胞亞型具有不同的發(fā)育成另一種特定細(xì)胞類型的能力。

“我們發(fā)現(xiàn)一些干細(xì)胞顯示出準(zhǔn)備好發(fā)育成不同類型細(xì)胞的早期跡象，”伯恩斯坦博士說(shuō)。“另一方面，有些人處于非常不發(fā)達(dá)的狀態(tài)。”

在細(xì)胞中測(cè)量這種能力的水平 - 稱為多能性 - 有助于研究人員了解細(xì)胞的發(fā)育。當(dāng)干細(xì)胞沿著特定的發(fā)育途徑前進(jìn)時(shí)，干細(xì)胞會(huì)失去多能性 - 例如，成為心臟，腎臟或皮膚細(xì)胞。

伯恩斯坦博士說(shuō)，研究結(jié)果表明，細(xì)胞內(nèi)的調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)不斷發(fā)生變化。“它最終將使我們能夠更好地理解在這些開(kāi)關(guān)處發(fā)生的那些監(jiān)管動(dòng)態(tài)，并可能幫助我們了解細(xì)胞如何決定他們的命運(yùn)。”

研究人員計(jì)劃進(jìn)一步探討癌癥背景下細(xì)胞染色質(zhì)和調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的這些差異。伯恩斯坦博士說(shuō)，有證據(jù)表明，染色質(zhì)的差異可能在癌癥耐藥性的發(fā)展中起主要作用。