Nature子刊:视频捕捉到增强子开启基因的全过程

【字体: 时间:2018年07月25日 来源:生物通

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  普林斯顿大学的研究人员近日捕捉到一段视频,显示曾被认为是“垃圾DNA”的片段如何开启或关闭基因。这段视频和成果于周一发表在《Nature Genetics》上。

  

普林斯顿大学的研究人员近日捕捉到一段视频,显示曾被认为是“垃圾DNA”的片段如何开启或关闭基因。这段视频和成果于周一发表在《Nature Genetics》上。

在人类基因组中,未编码基因的DNA片段占90%以上。过去,它们被认为是“垃圾DNA”,但是后续的研究证实,这些片段包含了开启或关闭基因的大部分信息。不过,这些被称为增强子的DNA片段如何在细胞核的拥挤环境中找到并激活目标基因,目前尚不清楚。

因此,这段视频就显得格外重要。在普林斯顿大学Lewis-Sigler整合基因组学研究所的副教授Thomas Gregor领导下,研究人员捕获了活细胞中的真实过程。这段视频可以帮助研究人员了解增强子如何与基因结合,并启动其活性。

分析增强子如何激活基因,有助于人们了解正常的发育过程,即使是很小的遗传失误也可能导致出生缺陷。对于包括癌症在内的许多疾病而言,基因激活的时间对疾病的发展也很关键。“治愈这些疾病的关键是我们能够阐明潜在的分子机制,”Thomas Gregor谈道。

增强子,顾名思义,可以开启其他基因的表达。在哺乳动物基因组中,估计有20万到1百万个增强子,并且许多增强子远离它们调控基因的DNA链,这就带来了一个问题:调控片段如何定位和连接它们的靶基因?

在这项新研究中,研究人员利用普林斯顿开发的成像技术来追踪增强子及其靶基因的位置,同时在活的果蝇胚胎中监测基因的活性。

如图所示,研究人员抓住了垃圾DNA开启靶基因的那一刻。这段视频显示了增强子(蓝色)的DNA片段,以及它如何接近靶基因(绿色)并激活它(红色)。这项研究表明,增强子和基因之间的相互靠近是启动基因活性所必需的。

这段视频表明,增强子和基因之间的物理接触是激活转录所必需的。增强子在其发挥作用的整段时间内与基因保持连接。当增强子断开连接时,基因活动停止。研究人员还发现,在转录过程中,增强子和基因形成的结构变得更紧凑,表明这段区域的DNA发生了变化。

“这项研究为实时观察两个DNA区域如何相互作用提供了独特的机会,”Lewis-Sigler研究所的博士后研究员Michal Levo说。“我们可以实时监控增强子和基因的物理位置,同时测定基因的活性,试图将这些过程联系起来。”(生物通 薄荷)

原文检索

Dynamic interplay between enhancer–promoter topology and gene activity

Nature Genetics (2018)

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