关键词： Nature 测序技术 解码 DNA 折叠方式
染色体DNA包含着所有有机体的信息蓝图，人类有23对染色体，可以在人体发育的不同阶段知道基因如何来调节。尽管科学家们发明出了理解DNA一维结构的方法，但是截至到现在，对于DNA各个不同部分在细胞核中是如何折叠的却并不清楚。近日，来自路德维希癌症研究所的研究人员运用一种强大的DNA测序方法，研究了细胞核染色体中DNA的三维折叠结构，分析了DNA基本的折叠原则以及在基因调节中扮演的角色。相关研究成果刊登在了4月11日的国际杂志Nature 上。
在一般的生物学书中，当你看到一张图片描写基因的时候，通常会将基因描述成线性，实际上，基因是以某种方式被排列的，基因的两侧可能会互相成线性，非常接近与3-D形式。当我们学到DNA在细胞核中是如何折叠的，我们便在大脑中有一幅关于基因调节过程的完美图片，研究者Ludwig运用一种被称为Hi-C的基于测序的方法来检测染色体的3-D结构，使用此项技术，研究者们就可以对来自每一个染色体的配对反应建立图谱，通过建立图谱来推测DNA的基本折叠样式。DNA可以将许多称为拓扑结构域的基本结构域折叠进来，而每一个结构域平均有100万个碱基对。通过比较，人类的基因组有超过30亿的基本碱基对那么大。
通过检测反应图谱，研究者发现拓扑结构域是最基本的折叠单元，而且研究者们通过比对不同的细胞类型确定了他们的发现，在不同类型中，研究者发现DNA折叠成拓扑结构域是持续的。来自马萨诸塞大学的研究者的研究发现也支持了Ludwig的研究，他们通过研究老鼠胚胎干细胞的X染色体部分以及神经细胞和成纤维细胞，发现DNA的折叠样式和Ludwig是一样的。
这只是通过三维立体成像理解细胞核形成过程中的一个开始，我们知道，一些癌症包括许多白血病，都是因为两个基因之间的直观所引起的突变。但是对于这些置换是如何调节的或者是否这些置换源于随机事件我们却不得而知。有可能染色体的空间结构可以让我们更好的理解这些置换是如何发生的，更重要的是提供给了我们一些线索，让我们可以采取措施阻止这些基因置换的发生或者延缓这种效应。（生物谷：T.Shen编译）
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doi:10.1038/nature11082
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Topological domains in mammalian genomes identified by analysis of chromatin interactions
Jesse R. Dixon, Siddarth Selvaraj, Feng Yue, Audrey Kim, Yan Li, Yin Shen, Ming Hu, Jun S. Liu & Bing Ren
The spatial organization of the genome is intimately linked to its biological function, yet our understanding of higher order genomic structure is coarse, fragmented and incomplete. In the nucleus of eukaryotic cells, interphase chromosomes occupy distinct chromosome territories, and numerous models have been proposed for how chromosomes fold within chromosome territories1. These models, however, provide only few mechanistic details about the relationship between higher order chromatin structure and genome function. Recent advances in genomic technologies have led to rapid advances in the study of three-dimensional genome organization. In particular, Hi-C has been introduced as a method for identifying higher order chromatin interactions genome wide2. Here we investigate the three-dimensional organization of the human and mouse genomes in embryonic stem cells and terminally differentiated cell types at unprecedented resolution. We identify large, megabase-sized local chromatin interaction domains, which we term ‘topological domains’, as a pervasive structural feature of the genome organization. These domains correlate with regions of the genome that constrain the spread of heterochromatin. The domains are stable across different cell types and highly conserved across species, indicating that topological domains are an inherent property of mammalian genomes. Finally, we find that the boundaries of topological domains are enriched for the insulator binding protein CTCF, housekeeping genes, transfer RNAs and short interspersed element (SINE) retrotransposons, indicating that these factors may have a role in establishing the topological domain structure of the genome.
