《Cell》报道DNA压缩蛋白功能研究新方法

几十年来无数科研工作者都对“DNA的组织和管理”感到困惑，Gladstone研究所今天为我们带来了答案揭晓的曙光。这篇发表在《Cell》杂志的文章报道了人类1米多长的DNA是如何压缩编排到每个微小的细胞中的。

　　

生物通报道：“想象一下，把几百公里长的电线塞到一个小背包的感觉，”本文的主要作者、Gladstone研究所的高级研究员Benoit Bruneau说。“况且染色体的组织排布也并非随机，这些空间布局是调节发育的关键，如果有任何差池，都会导致各种疾病。”

DNA在复杂空间内是如何组织的？答案是分“房间”。

染色体先卷曲成环，然后形成大量的拓扑关联结构域（topologically associating domains，TADs）。每个TAD内都有几个基因和元件负责打包装配，使它们所在的TAD免受周边TADs的干扰。

TAD又是受谁组织的？答案是CTCF蛋白。

本篇题为“Targeted Degradation of CTCF Decouples Local Insulation of Chromosome Domains from Genomic Compartmentalization”的《Cell》文章就报道了这个新发现。

CTCF蛋白定位在TAD结构域的边界，以前也有人猜测它可能参与了染色体装配，但是由于它是细胞生成的必须蛋白，完全去除CTCF会导致细胞死亡，因此科学家们无法研究缺失该蛋白对染色体结构的影响。

本文的研究人员使用了一种新的遗传方法：瞬时摧毁蛋白质，在细胞死亡之前立即观察基因组变化。

通过与麻省理工学院的计算生物学家和生物化学家团队合作，Gladstone研究所的科学家们证实了CTCF对TADs互相隔绝的重要作用。

缺失CTCF蛋白后，TAD的绝缘边界几乎完全消失。就像相邻房间之间的墙壁被拆除了一样，各TAD内部的基因和调控元件可以与其相邻的基因进行互动。但是TAD内部各基因的连接方式并没有改变，这表明CTCF是TADs之间互相绝缘的必要条件，但不是TAD内部基因彼此相连或独立的必要条件。两种DNA打包机制彼此独立，由不同的蛋白质组织调控。

由于科学家们掌握了从细胞中去除CTCF以达到扰乱TADs管理的新方法，现在就可以利用这种方法，研究染色体组织内的其他各个层次。

比如区分（compartmentalization）。区分是细胞核内组织管理活跃基因和非活跃基因的一个染色体层次。例如，皮肤细胞不需要表达视觉相关基因，它们就会把这些对其无用的基因紧紧打包到一个隔间里，然后把它们扔出去。

“我们曾经认为TADs结构域的绝缘边界是这类区分的先决条件，”本文一作、Bruneau实验室的博后学者Nora说。“但是，让我们感到惊讶的是，当我们删除CTCF蛋白后，TADs结界消失了，但是更大的区分的紧致包装丝毫不受影响。这表明TADs结构不参与染色体的区分形成，区分也是一个独立的染色体压缩事件。”

根据这项新发现，可能很多疾病的发病机理都需要进行重新评估，比如许多癌症、先天性心脏病等发育缺陷疾病。

这种蛋白质瞬时消除的新方法的初模型此前已经公开至一个提供生命科学未发表文章的开源网站bioRxiv（http://www.biorxiv.org/），在过去的几个月里，该技术的初步版本实验方法的下载次数已经接近5000人次。

bioRxiv网站提供了一种新的、令人兴奋的、更直接的方式帮助研究人员分享研究成果，Bruneau表示，他们也参考了许多来自bioRxiv上的有价值信息，帮助他们最终完成了这篇《Cell》文章的撰写和未来研究计划安排。

原文标题：Targeted Degradation of CTCF Decouples Local Insulation of Chromosome Domains from Genomic Compartmentalization