西亞試劑：基因遠(yuǎn)程相互作用機(jī)制

近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)阮一駿教授研究組揭示了基因如何相互作用影響，包括遠(yuǎn)程相互作用的機(jī)制，這將有利于科學(xué)家們深入了解人類(lèi)基因工作的原理，以及探索相關(guān)疾病的遺傳機(jī)制。相關(guān)論文發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）雜志上。

去年受聘為華中農(nóng)大“千人計(jì)劃”專(zhuān)家的阮一駿教授，其研究組一直從事基因組空間結(jié)構(gòu)方面的研究，曾建立了世界先進(jìn)的基因組學(xué)研究方法體系——全基因組雙末端標(biāo)記測(cè)序系統(tǒng)（Paired-End-Tag，簡(jiǎn)稱(chēng)PET）。

真核生物的染色體是由一系列各自獨(dú)立，又高度有序的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域構(gòu)成。這些結(jié)構(gòu)域就是一些獨(dú)立的基因表達(dá)調(diào)控單位，在真核生物的基因表達(dá)調(diào)控扮演著重要的角色，比如DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化、DNA堿基修飾變化、組蛋白變化等都具有重要的調(diào)控作用。但是至今科學(xué)家們對(duì)于染色體構(gòu)架在基因調(diào)控中的作用，了解得還很少。

在這篇文章中，研究人員利用阮一駿教授開(kāi)發(fā)的新技術(shù)：ChIA-PET，完成了一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性研究工作，揭示了人類(lèi)細(xì)胞中基因調(diào)控的一些基礎(chǔ)性機(jī)制。

ChIA-PET (Chromatin Interaction Analysis using Paired End Tag sequencing)分析方法是一種新型的測(cè)序方法，其中PET是一種革新性的基因測(cè)序方法，這種方法能幫助解決新一代測(cè)序平臺(tái)閱讀長(zhǎng)度較短的缺點(diǎn)問(wèn)題，利用多種應(yīng)用的配對(duì)末端標(biāo)簽測(cè)序——PET測(cè)序，從超高通量測(cè)序的常DNA片段末端引出短的配對(duì)標(biāo)簽，從而就能精確地繪制基因組。

目前不少研究表明，遠(yuǎn)離基因的基因組區(qū)域在調(diào)控疾病方面的重要作用，那么這是如何實(shí)現(xiàn)的呢，研究人員認(rèn)為染色質(zhì)相互作用，即DNA上的三維折疊幫助這些距離遠(yuǎn)的區(qū)域調(diào)控基因表達(dá)。為了證實(shí)這一觀點(diǎn)，阮一駿教授研究組進(jìn)行了長(zhǎng)期持續(xù)的研究分析。

這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)就揭示出，雖然人類(lèi)基因組中的基因相互相隔甚遠(yuǎn)，但是相關(guān)的基因?qū)嶋H上能通過(guò)長(zhǎng)距離的染色體相互作用，以及高度有序的染色體構(gòu)架，有序的進(jìn)行組織。這表明人類(lèi)細(xì)胞中存在一種類(lèi)似細(xì)胞操縱系統(tǒng)的拓?fù)鋵W(xué)機(jī)制，能幫助轉(zhuǎn)錄調(diào)控，而這種拓?fù)湔{(diào)控機(jī)制也有助于解析人類(lèi)基因中的遺傳元素。

美國(guó)聯(lián)合基因組研究所主任Edward Rubin評(píng)論這一成果，認(rèn)為“這項(xiàng)由阮一駿博士完成的研究成果”，“解決了基因之間，以及開(kāi)啟或者關(guān)閉基因的人類(lèi)基因組元件之間，如何相互溝通的基礎(chǔ)性問(wèn)題。他們利用一種稱(chēng)為ChIA-PET的DNA圖譜技術(shù)，從三維結(jié)構(gòu)上揭示了人類(lèi)基因組中基因，如何在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間里相互影響，基因激活的。我認(rèn)為這項(xiàng)成果將會(huì)很快從基礎(chǔ)科研文獻(xiàn)中，進(jìn)入課本，幫助學(xué)生們更好的理解人類(lèi)基因組的操控原理。而ChIA-PET技術(shù)，作為人類(lèi)基因組探索的‘望遠(yuǎn)鏡’，也將成為一種具有創(chuàng)新性，重要的分子分析工具。”

人類(lèi)基因組功能元件的深入理解，需要對(duì)個(gè)體基因組和染色體結(jié)構(gòu)的詳細(xì)巡查和比對(duì)，這就需要對(duì)DNA測(cè)序的通量和花費(fèi)進(jìn)行改進(jìn)。新一代測(cè)序平臺(tái)將是低花費(fèi)和高通量的，但其閱讀長(zhǎng)度較短。這一限制的直接和普遍認(rèn)可的解決方法就是多種應(yīng)用的配對(duì)末端標(biāo)簽測(cè)序，簡(jiǎn)稱(chēng)為PET測(cè)序，從超高通量測(cè)序的常DNA片段末端引出短的配對(duì)標(biāo)簽。PET測(cè)序能夠精確地繪制參考基因組，區(qū)別PET所在DNA片段的基因組邊界和鑒定靶DNA片段。PET測(cè)序法已經(jīng)發(fā)展為轉(zhuǎn)錄組，轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)和染色體結(jié)構(gòu)分析。PET測(cè)序技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在于能夠暴露DNA片段兩末端的連接處。由于該優(yōu)點(diǎn)，PET測(cè)序可以解釋非傳統(tǒng)的融合轉(zhuǎn)錄物，染色體結(jié)構(gòu)變化，甚至分子相互作用