可视化基因组 研究人员创建了活性DNA的第一个三维结构

科学家已经确定了来自单个细胞的完整哺乳动物基因组的第一个3D结构，显示了来自所有染色体的DNA如何错综复杂地折叠以在细胞核内融合在一起。来自剑桥大学和MRC分子生物学实验室的研究人员结合使用成像技术和多达100,000次测量，其中DNA的不同部分彼此接近，以检查小鼠胚胎干细胞中的基因组。干细胞是“主细胞”，可以发展 - 或“分化” - 进入体内几乎任何类型的细胞。

大多数人都熟悉着名的'X'形状的染色体，但实际上染色体只有在细胞分裂时才会呈现这种形状。利用他们的新方法，研究人员现在能够确定细胞内活性染色体的结构，以及它们如何相互作用以形成完整的基因组。这很重要，因为对细胞内DNA折叠方式的了解使科学家们能够研究特定基因和控制它们的DNA区域如何相互作用。基因组的结构控制基因 - 特定DNA区域 - 何时以及如何强烈地“开启”或“关闭”。这在生物体的发育中起着关键作用，并且当它出错时，在疾病中起作用。

研究人员已经在附带的视频中说明了这种结构，这些视频显示了来自一个特定小鼠胚胎干细胞的完整基因组。在上面的电影中，每个细胞的20条染色体的颜色都不同。

在基因活跃的染色体的第二视频区域中是蓝色的，与核层相互作用的区域(细胞核内的致密纤维网络)是黄色的。该结构显示基因组被排列成使得最活跃的遗传区域在内部并且在空间上与与核层相关的较不活跃的区域分开。这些区域在每个细胞中以相同的方式一致分离表明这些过程可以驱动染色体和基因组折叠，从而调节重要的细胞事件，如DNA复制和细胞分裂。

剑桥大学生物化学系的研究小组Ernest Laue教授评论说：“了解所有基因和控制元素在特定时刻的位置将有助于我们理解控制和维持其表达的分子机制。

“将来，我们将能够研究干细胞分化的变化以及如何在个体发育干细胞中做出决定。到目前为止，我们只能看到群体或'群体'，这些细胞因此无法看到个体差异，至少从外部看不到。目前，这些机制知之甚少，理解它们可能是实现干细胞在医学中潜力的关键。

这项研究由剑桥大学生物化学系，化学系和Wellcome-MRC干细胞研究所的科学家以及MRC分子生物学实验室的同事发表，今天发表在“ 自然 ”杂志上。

来自惠康遗传与分子科学团队的汤姆柯林斯博士说：“以如此前所未有的细节可视化3D基因组是研究中令人兴奋的一步，而且已经有多年的研究经历。这个细节将揭示一些管理我们基因组组织的基本原则 - 例如染色体如何相互作用或结构如何影响基因是否被打开或关闭。如果我们可以将这种方法应用于具有异常基因组的细胞，例如癌细胞，我们可能能够更好地了解导致疾病的确切问题，以及我们如何制定解决方案以纠正这种情况。“