Cell：基因定位聽命于誰(shuí)？
日期：2015-08-17 08:40:28
來(lái)自美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院下屬國(guó)家癌癥研究所(NCI)的科學(xué)家們，利用新型的大規(guī)模成像技術(shù)繪制出了個(gè)別基因在人類細(xì)胞核中的空間位置，并確定了50個(gè)細(xì)胞因子是基因正確三維(3D)定位的必要條件。這些空間定位對(duì)基因表達(dá)、DNA修復(fù)、基因組穩(wěn)定性和其他的細(xì)胞活動(dòng)起重要的作用。這項(xiàng)研究發(fā)布在8月13日的《細(xì)胞》(Cell)雜志上。
DNA在細(xì)胞核中非隨機(jī)排列是高等生物基因組的一個(gè)基本特性。研究人員很久以前就已經(jīng)知道，大多數(shù)基因都會(huì)占據(jù)細(xì)胞核中偏愛的3D位置，基因的定位對(duì)于它們的功能至關(guān)重要，但一直以來(lái)卻很難確定決定基因定位的作用分子和機(jī)制。盡管采用熒光原位雜交（FISH）技術(shù)可以顯影基因，并確定它們的位置，這一成像技術(shù)一次只能分析幾個(gè)樣本，無(wú)法用于大規(guī)模基因組作圖。
NCI的研究人員開發(fā)出了一種叫做HIPMap（High-throughput Imaging Position Mapping）的方法，使得大規(guī)模測(cè)定3D基因位置變?yōu)榭赡堋＿@一方法利用了優(yōu)化的FISH檢測(cè)方案、全自動(dòng)顯微鏡，并結(jié)合了先進(jìn)的計(jì)算圖像分析——其可在單次實(shí)驗(yàn)中傳遞成千上萬(wàn)樣本的精確基因定位信息。
在這項(xiàng)研究中，NCI癌癥研究中心副主任Tom Misteli博士領(lǐng)導(dǎo)研究人員利用HIPMap和一種叫做RNAi基因敲落的方法篩查了細(xì)胞核中近700種蛋白質(zhì)，以鑒別與幾個(gè)人類基因3D定位相關(guān)的蛋白。RNAi基因敲落是利用RNA分子去阻斷細(xì)胞中的特異蛋白質(zhì)生成。
通過(guò)在27天內(nèi)連續(xù)收集來(lái)自自動(dòng)顯微鏡的數(shù)據(jù)，分析了300多萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，科學(xué)家們鑒別出有50個(gè)細(xì)胞因子決定了基因在細(xì)胞核中的定位。這一列表為進(jìn)一步探究基因組組織的分子機(jī)制提供了基礎(chǔ)。
Misteli說(shuō)：“HIPMap的重要性在于，它可作為眾多應(yīng)用，包括癌癥生物學(xué)的一個(gè)起點(diǎn)。除了解答基因組在完整細(xì)胞中的組織機(jī)制這類基礎(chǔ)問(wèn)題，還可以利用其能夠在大量樣本和細(xì)胞中繪制基因定位的能力，來(lái)檢測(cè)癌癥中非常罕見的染色體易位事件及了解決定染色體斷裂位點(diǎn)的細(xì)胞因子。”在易位過(guò)程中，染色體斷裂再重新連接，可導(dǎo)致不相連的基因發(fā)生融合，雜合基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物有可能會(huì)促成癌癥形成。
在舉例說(shuō)明HIPMap的應(yīng)用時(shí)，Misteli指出上個(gè)月他的實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了一項(xiàng)研究(Burman et al., Genes and Development. July 1, 2015)。在那項(xiàng)研究中，研究人員采用了一種源自HIPMap的方法來(lái)探究在一種叫做間變性大細(xì)胞淋巴瘤的癌癥中導(dǎo)致染色體易于斷裂及在NPM1基因和ALK基因之間形成一種致癌易位的機(jī)制。研究人員以往證實(shí)，在癌癥中一些基因占據(jù)在不同的位置。因此，可以利用一些基因的3D定位來(lái)作為乳腺癌和前列腺癌一類疾病的診斷標(biāo)志物。
“HIPMap將成為許多正在進(jìn)行的研究努力中一種強(qiáng)大的工具，來(lái)繪制三維空間中的基因組，將來(lái)自這些研究的結(jié)果轉(zhuǎn)化為癌癥生物學(xué)，”Misteli說(shuō)。
