直接检测着丝粒DNA序列的PCR技术问世了！

密歇根大学研究小组意外发现了一种基于PCR的人类基因组前沿方法，将加速染色体相关出生缺陷的研究进展。

　　

X形的染色体中心是有着“DNA的最后边界”之称的“着丝粒”，在维持日常细胞分裂中起重要作用，同时它也与出生缺陷、癌症等涉及细胞分裂的疾病息息相关。

如今，一种新技术终于可以帮助人类一窥着丝粒的秘密。密歇根大学医学院的研究人员已经用它找到了着丝粒在唐氏综合征（多了1条21号染色体）中所扮演的角色。技术开发人员希望在不远的将来，它能加快其他着丝粒相关疾病研究。

加速遗传分析

内科医学教授David Markovitz和副教授Rafael Contreras-Galindo带领的研究团队最近在《Genome Research》发表文章介绍了该技术。本质上，它使着丝粒DNA分析从长时间劳动密集型任务转变为快捷且相对容易的任务。

这项技术基于研究人员发现几乎所有着丝粒都具有独特的DNA重复模式。整理得到的这些特定模式新目录使研究人员可以通过PCR来研究着丝粒上的DNA序列。

在过去，占据着丝粒大部分空间的大量DNA重复片段使其难以进行测序研究，因为每条染色体上都是同样的长长一条。因此，大多数着丝粒研究人员都在围绕与着丝粒发生互动的蛋白质等表观遗传学因子，很少有人关注着丝粒的DNA本身。

新方法利用一小段染色体特异性变异作为PCR引物，快速（短短半个小时）实现一个细胞内每条染色体上的着丝粒的识别和分辨。

研究人员已经对这种方法申请了专利，目前正在寻找实现商业化的合作伙伴。

探索着丝粒和唐氏综合征的联系

通过比较未患唐氏综合征的个体和患者之间着丝粒序列差异，研究人员发现21号染色体的不稳定性与着丝粒和近着丝粒区（pericentromeres）的DNA序列有很大关系。

当细胞分裂时，纺锤体收缩将染色体对半分开，如果某个着丝粒出现问题而不能被纺锤丝拔开，那么两个染色体就会一起进入子代细胞，这可能是导致唐氏综合征的重要原因。

唐氏综合征患者与着丝粒DNA相结合的、能帮助纺锤体附着的一种关键蛋白跟正常人差异很大。患者们的着丝粒上结合了过多的这种蛋白。

完全是个意外

最开始，密歇根大学的研究人员并没有打算研究着丝粒。他们只是想了解隐藏在我们基因组中的病毒DNA。这些人类内源性逆转录病毒（HERVs）在我们的基因组中拷贝延伸并且代代相传。

该小组曾发现，HIV/AIDS感染者血样中存在未知HERV RNA。慢慢地，他们在某些特定染色体的着丝粒区发现了HERV DNA，他们称这些内源性病毒为K111和K222。了解 OpenArray® Real-Time PCR System病毒血液筛查方案

可是这些HERV序列不在“人类基因组计划数据库”中，因为它们位于着丝粒区。随后他们又在黑猩猩、尼安德特人等其他高等灵长类动物基因组中发现了同样的HERV序列。

但是，我们的近亲体内只有几个拷贝，我们人类却有数千拷贝，而且它们都集中在着丝粒附近。例如，在15号染色体上的K111的每一个拷贝都略有变化。这表明，随着时间的推移，着丝粒的遗传物质被“交叉”到了其他染色体上。

于是，研究人员使用α-重复序列PCR，用HERV序列作为锚定点，更充分地分析了几乎所有人类着丝粒。这篇新论文中包括了全部24种不同人类染色体中23种染色体的着丝粒（包括X染色体和Y染色体），只有19号染色体目前还无法使用这种PCR检测法进行研究，研究人员还没有找到属于19号染色体的独特序列。

原文检索：Rapid molecular assays to study human centromere genomics  doi:
10.1101/gr.219709.116 Genome Res. 2017.

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