Nature重大成果：首张活细胞调控DNA开关图谱

　　

生物通报道  由华盛顿大学领导的一个研究小组在新研究中确定了控制机体内不同的基因何时、何处及如何开启和关闭的百万DNA“开关”的位置。基因只占人类基因组的2%，且易于识别，然而控制这些基因的on/off开关却被加密保存在余下的98%的基因组中。

没有这些称作调控DNA（regulatory DNA）的开关，基因将会是无活性的。世界各地的研究人员一直专注于识别调控DNA来了解基因组是如何运作的。利用来自国家人类基因组研究所ENCODE（DNA元件百科全书，Encyclopedia of DNA Elements）计划资金开发的一项新技术，华盛顿大学的研究人员构建出了第一张数以百计不同类型的活细胞中调控DNA定位的详细图谱。他们还编译了一本关于书写在调控DNA中的指令——基因组编程语言的字典。

这些研究结果发布在9月5日《自然》（Nature）杂志网络版上两篇论文中。

两篇论文的资深作者、华盛顿大学基因组科学和医学副教授John A. Stamatoyannopoulos博士说：“这些突破性的研究提供了第一张控制人类基因的DNA开关的全面图谱。这一信息对于了解机体如何生成不同类型的细胞，以及在疾病中正常基因线路如何重新布线至关重要。我们现在能够以前所未有的详细水平读取活体人类基因组，并开始理解最终影响广泛人类生物学的复杂指令集。”

下面是这些关键的结果：

1) 第一张构成基因组“操作系统”的调控DNA开关的详细图谱。

调控DNA内的指令被刻写在功能上作为参与基因控制的特异蛋白停泊位点的小DNA“单词”中。在许多情况下，这些开关定位远离它们控制的基因。为了绘制这些调控DNA区域，研究人员利用了一种特殊的分子探针——一种称作DnaseI的酶——剪切基因组的DNA骨架。在适当条件下，这些剪切会精确发生在蛋白质停泊于调控DNA的位点。通过用DNase I处理细胞，并采用大规模平行测序技术和强大的计算机分析剪切DNA序列的模式，研究人员构建出了成百上千的不同细胞和组织类型中所有调控DNA的综合图谱。他们发现他们绘制了289万个调控DNA区域，只有一小部分——约20万个在所有特定细胞类型中处于活性状态。研究人员还开发了一种方法将调控DNA与它所控制的基因连接起来。这些分析结果显示了由十多个开关组成的大部分基因的调控“程序”。总而言之，这些研究结果大大扩展了对于基因如何控制以及控制在正常细胞和疾病细胞间有可能如何存在差异的理解。

2) 第一张人类基因组上调控蛋白停泊位点的全面图谱揭示了由基因组编程语言构成的DNA单词词典。

开启和关闭基因的指令被书写在称作调控DNA的DNA开关中。这些开关分散在整个人类基因组的非基因区域。在绘制了调控DNA开关的位置图谱后，华盛顿大学的研究人员想知道是什么给它们做上了记号。这些区域包含一些小的DNA“单词”链，这些DNA“单词”构成了参与基因控制的特异调控蛋白的停泊位点。人类基因组包含成百上千生成这样蛋白质的基因。

下接：Cell,Nature,Science三大顶级杂志发表功能基因组研究成果

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

"Landscape of transcription in human cells" is published online in Nature on September 5, 2012. The authors are: Sarah Djebali, Carrie A. Davis and 83 others. The paper can be obtained online at doi:10.1038/nature11233.

The ENCODE Project Consortium. "An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome," Nature DOI: 10.1038/nature11247