Nature Biotechnology新技术有助于揭示人类基因组的内部工作原理

【字体: 时间:2022年06月25日 来源:Nature Biotechnology

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  威尔康奈尔医学院和纽约基因组中心的研究人员与牛津纳米孔技术公司合作开发了一种新方法,可以大规模评估人类基因组的三维结构,或基因组折叠的方式。基因组是一套完整的遗传指令,DNA或RNA,使一个有机体的功能。

  

威尔康奈尔医学院和纽约基因组中心的研究人员与牛津纳米孔技术公司合作开发了一种新方法,可以大规模评估人类基因组的三维结构,或基因组折叠的方式。基因组是一套完整的遗传指令,包含DNA或RNA,使一个有机体完成自己的功能。

利用这种方法,研究人员证明了细胞功能,包括基因表达,可能会受到基因组中同时相互作用的调控元件组的影响,他们的发现发表在《自然生物技术》杂志上,可能有助于阐明基因组结构和细胞特性之间的关系。

“了解三维基因组结构将有助于研究人员更好地理解基因组的功能,特别是它如何编码不同的细胞身份,”资深作者Dr. Marcin Imieliński说,他是威尔康奈尔医学的病理学、实验室医学和计算生物医学的计算基因组学副教授,也是纽约基因组中心的核心成员。“我们研究基因组结构的方法给了我们惊人的见解,但也有关键的限制。”

例如,先前评估基因组三维结构的技术已经允许研究人员研究基因组上两个位点(即物理位置)相互作用的频率。传统上,一对被称为增强子和启动子的基因座——基因组中相互作用影响基因表达的组成部分——已经被观察到。

关于这些配对的信息提供了对基因组结构和功能的不完全了解。例如,将折叠模式与基因组编码特定细胞(如肝、肺或上皮细胞)的方式联系起来一直很困难,Imieliński博士说,他也是英格兰精准医学研究所和威尔康奈尔医学院桑德拉和爱德华·迈耶癌症中心的成员。科学家们认为这种折叠会影响基因表达。“但是细胞类型是如何编码的,尤其是在DNA结构中,一直是一个谜,”他说。

Imieliński博士和他的研究团队,包括第一作者Aditya Deshpande开发了一个新的全基因组分析和算法,允许他们研究位点组,而不仅仅是配对。

他们采用了传统的技术Hi-C(染色质构象捕获),该技术通过评估DNA和蛋白质的混合物来分析三维基因组结构,并采用了纳米孔测序,或对长而连续的DNA分子链进行高通量测序。研究人员称之为Pore-C的实验结果使他们能够观察到数以千万计的三维基因座组合。

他们还开发了统计方法,以确定哪些位点分组是重要的,基于它们是否相互作用,以影响基因表达。“基因组的许多三维相互作用并不重要,”Imieliński博士说。“我们的分析方法帮助我们对可能影响基因组功能的群体互动进行优先排序。”作为这项研究的一个关键发现,研究人员发现,最重要的DNA元素合作分组发生在与细胞特性相关的基因周围。

未来的实验将探索哪些特定组的基因组成分是必不可少的各种方面的细胞身份。这项新技术还可以帮助研究人员了解干细胞,这种身体中尚未成熟的主要细胞,是如何分化成不同类型的细胞的。

此外,研究人员可能会更好地了解癌细胞的异常。Imieliński博士说:“在未来,这项技术可能真的有助于理解癌细胞基因组是如何重新排列的,以及这些重新排列如何驱动改变的细胞身份,从而使癌症生长和扩散。”

原文标题:

Identifying synergistic high-order 3D chromatin conformations from genome-scale nanopore concatemer sequencing

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