Cell：揭示基因表达调控新层面（附原文）

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Cell：揭示基因表达调控新层面
& F, d0 E* d0 k  N+ @- F+ A9 u) K2014-10-10 1 来源：生物360 作者：koo
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" y  v3 A. E* Z- a$ Z; @在几乎每个人类细胞的内部都有着一个直径为6微米（大约是人类头发宽度的1/300）的细胞核，细胞核中填满了大约3米长的DNA。DNA被紧密压缩装在细胞核内，其必须要接近细胞的转录机器才能充当指令引导所有的细胞过程。长期以来科学家们都认为DNA的包装方式影响了基因表达。现在，Whitehead研究所的研究人员提供了首个证据，证实DNA支架（scaffolding）可导致基因表达增强和抑制。7 X! M9 B6 T1 D/ L0 b! [7 l
Whitehead研究所成员、麻省理工学院生物学教授Richard Young说：“第一次，我们看到了染色体结构促成了基因控制。在过去，人们对于染色体结构有可能影响基因控制的机制提出了各种观点，现在其中一个通过了试验检测，被证实是正确的。”$ o8 v; A. z- @3 a4 W7 y, P
DNA支架分为几个结构层次，从DNA缠绕组蛋白形成核小体的线珠结构，包含与各种调控元件相互作用的多个DNA环的拓扑相关结构域（topologically associated domain），到高度浓缩的染色体。: Y! a6 \; w4 O- Q2 K
利用小鼠胚胎干细胞（ESCs）展开研究，Young实验室检测了拓扑相关结构域内的支架景观。研究人员过去知道Cohesin和CTCF蛋白可结合到一些ESC重要基因周围的DNA上，但他们并不清楚这些蛋白对于DNA三维组织的影响（延伸阅读：Nature新文章：染色体的骨架 ）。利用一种称作为ChIA-PET的技术，研究人员将焦点放在了这些蛋白质的相互作用上。" n/ \6 c! @$ X& r4 u
Young实验室的博士后研究员Jill Dowen说：“通过了解哪些Cohesin/CTCF位点聚合到一起、在物理位置上接近，我们开始从基因组线性角度转向数组环相互作用，其将我们引导至这些结构域，这些超级增强子结构域，在那里环内的基因表达增强。”
) Z5 C# D9 }+ S- J+ qDowen和合作者Zi Peng Fan、Denes Hnisz及Gang Ren，在最新一期的《细胞》（Cell）杂志上描述了这些环的结构。' J/ J8 B' C" k8 w1 \7 S
Hnisz将这些环比作为“礼品袋”， Cohesin和CTCF像袋口上的绳子构建出了DNA环，这些DNA环充当了增强或抑制基因表达的蛋白质的支架。增强或抑制效应只限于礼品袋内的基因。在他们研究的ESCs中，科学家们鉴别出了包含活化基因和增强子的197个两侧为Cohesin/CTCF的DNA环，以及349个包含抑制基因的DNA环。& A" @9 }1 C+ Y) U5 t+ M2 k
有趣的是，当他们在小鼠神经前体细胞（Neural precursor cell）中检测寻找相似的Cohesin/CTCF结合环时，发现不仅这些细胞具有这样的DNA环，它们的位置也与ESC基因组中相似。当然，ESCs和更为分化的细胞之间一些环的抑制或增强作用存在差异。这表明，在细胞分化过程中一些环仍然保持不变，但它们可能转变了内含物，由此改变了对基因表达的影响。
6 k+ O3 O# v; C1 v( L研究人员打算在其他类型的分化细胞中研究环的结构和位置，而现在他们对于自己对DNA结构及其影响的新认知感到非常兴奋。/ T- _* R: I7 ~  \1 Q0 p5 `  g
Hnisz说：“我认为在对于基因表达与与染色体局部组织的相关性的理解上，我们填补了一个极大的空白。探索这些机制缺陷是否可能促成了人类疾病极其令人感到兴奋。”& M1 L( P9 k9 R' h: C
原文检索：
9 h$ z5 Y- z7 b( TJill M. Dowen, Zi Peng Fan, Denes Hnisz, Gang Ren, Brian J. Abraham, Lyndon N. Zhang, Abraham S. Weintraub, Jurian Schuijers,Tong Ihn Lee, Keji Zhao, Richard A. Young. Control of Cell Identity Genes Occurs in Insulated Neighborhoods in Mammalian Chromosomes. Cell, 9 October 2014; DOI: 10.1016/j.cell.2014.09.030* _4 X# v; Q; r, t0 ]
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9 x: ^' ]  [4 S8 y" }2 P+ o! v谢谢提供原文。