科技日报记者 张梦然
英国《自然》杂志17日发布了人类细胞核内染色体的详细图谱。这一资源为深入理解人类DNA物理结构和生物表达的关联提供了基础。
人类染色体的三维组织结构，对于协调遗传物质调控生物反应过程起着重要作用。DNA缠绕组蛋白形成名为染色质的复合体，存储在细胞核内。大量染色质位点可通过生物化学修饰来调控基因表达。绘制这一三维结构及其如何随时间（第四维度）而改变的工作，被称为4D核组学。
鉴于细胞核结构如何在不同的时间尺度上重新组构尚未解释清楚，一个重要原因是研究工具未能及时跟上。美国国立卫生研究院共同基金于2015年启动了“4D核组计划”，其目标是开发出研究核组织在空间和时间上的结构和功能的技术。
此次，“4D核组计划”团队之一、美国马萨诸塞大学医学院采用多种染色体捕获技术，分析两类细胞中的染色体组织：人类胚胎干细胞和成纤维细胞（结缔组织细胞）。他们为每种细胞类型编目了超过14万种染色质环（DNA复合结构），生成了单个基因的核环境模型，包括其与远侧调控元件的潜在远距离相互作用。
通过整合不同方法的数据集，研究团队对每种方法进行了基准测试，评估其在特定研究的用处。这项联合研究还揭示了折叠染色质的基本物理机制——譬如，染色质的挤出和相分离，究竟是如何共同塑造了复杂的基因组三维结构等问题。结合这些数据集生成的空间模型，使转录和复制等遗传过程能够在染色质的三维环境中得到定位。
研究团队表示，后续仍需要进一步研究，以探索这些观察到的结构如何与单个基因功能相关联，以及这些成果是否能应用于对抗遗传疾病。
总编辑圈点
染色体研究不是二维的，而应在“四维时空”中考量。现在，“4D核组计划”的突破性成果为理解遗传疾病提供了全新视角——许多疾病可能正源于染色质三维结构的异常，而非单纯的基因序列突变，未来或可通过调控染色质结构来治疗遗传病。更重要的是，这项研究建立的技术平台和数据集，将成为整个生命科学领域的基础资源，帮助人们实现“按需调控基因表达”的目标，最终推动癌症、发育异常等重大疾病的治疗。
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