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《自然》子刊:新设计首次生成单个细胞染色体三维图

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前瞻网 2021-01-16 17:40
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基因组分析可以提供有关基因及其在DNA链上的位置的信息,但这些分析几乎无法揭示它们在染色体内的空间位置关系,而染色体是高度复杂的三维结构,承载着遗传信息。

染色体在显微镜图像中类似于一个模糊的“X”,可以携带数千个基因。当DNA缠绕蛋白质(称为组蛋白)时,它们就形成了。组蛋白进一步折叠成称为染色质的复合物,染色质构成了单个染色体。

由于相邻的基因通常一起起作用。,因此知道基因在染色质内的空间接近性非常重要。

现在,伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员报告了一种利用热图数据逆向工程染色体高度详细模型的计算技术。通过这项工作,研究人员发现了染色质折叠在DNA链上彼此相距很远的基因之间产生的紧密空间关系的新信息。

研究结果已发表在《自然通讯》(Nature Communications)上。

研究人员开发了一种方法,利用一个叫做Hi-C的过程中的信息对单个染色体的复杂结构进行逆向工程的方法。

Hi-C生成基于概率的热图,反映出哪些基因在空间上最可能彼此接近。这些热图可以提供染色体如何组织的大致三维信息,但由于它们是基于来自多个细胞的遗传物质,这些热图代表了基因之间接近的平均可能性,而不是确切的位置。

研究人员研究了果蝇胚胎细胞染色体的Hi-C热图,果蝇胚胎细胞只有8条染色体。他们将这些热图与新的先进的计算方法结合起来,生成了非常详细的单个细胞染色体的三维图。

这是第一次制造出准确代表染色体内遗传空间关系的单细胞模型。研究人员表示,“有了这些模型,可以发现丰富的生物学模式,并回答有关染色体三维结构变化导致干细胞发育成不同组织的基本生物学问题,以及这些过程中的故障如何导致包括癌症在内的疾病。”

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20490-9

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