Caltech团队开发新型细胞核3D结构映射方法

　　

你的每个细胞都掌握了一个神奇的戏法：把长达近2米的DNA（约2万个基因）包装入一个比人类头发丝还细小50倍的细胞核。

成卷成卷的DNA图纸充满你全身，它们折叠、扭曲并压缩以适应位于细胞核心的细胞核。DNA结构改变与癌症、早衰症等疾病密切关联，因此理解基因组的精确三维结构至关重要，核结构的映射和精准定位可能有助于找到这些疾病的解决办法。

加州理工学院（California Institute of Technology，Caltech）的研究人员开发了一种新技术能展示细胞如何以一种极为聪明的方式组织这些庞大的基因组，以便更方便地寻找和使用重要基因。这项工作由生物和传统医学研究所助理教授Mitchell Guttman领导，论文发表于6月7日的《Cell》。

细胞核内除了含基因组，还含有一类名为“核小体（nuclear bodies）”的结构，它们是充满高密集细胞机器的微型工厂，每只核小体都在完成类似的任务，例如打开特定基因集合或修饰RNA分子。细胞机器必须精确地找到和接近基因目标，控制基因开启或关闭，因此看似一团乱麻的DNA被组织成特定的三维结构。

在这项新研究中，Guttman团队描述了一种映射细胞核DNA空间组织构型和染色体-核小体相互作用的3D方法。他们将这种技术命名为“利用标签对相互作用进行隔离池识别（Split-Pool Recognition of Interactions by Tag Extension，SPRITE）”，它能帮助科研人员检查细胞核内部的分子复合物，查看哪些分子有相互作用和它们位于何处。

研究人员为细胞核内的每种复合物打上不同分子条形码，复合物内的所有分子使用相同条形码。然后，破开复合物分析里面的分子。这样，科学家们就可以根据两个或者多个分子是否具有相同条形码判断是否存在相互作用。

研究生Sofia Quinodoz是文章的第一作者，利用SPRITE团队成员发现跨不同染色体的基因聚集在一组特定的核小体周围，这些被称为“核仁（nucleolus）”的核小体格外吸引不活跃的基因，核仁内存在抑制蛋白使这些基因保持关闭。相反，活跃的基因成组成组地出现在一类名为“核散斑（nuclear speckle）”的核小体中，该结构中含有帮助基因开启、使之转化为蛋白质的分子。

“SPRITE的开发使我们有能力看清单细胞中成千上万的DNAs和RNAs‘集线器’，” Quinodoz说。“之前，研究学者们认为每个染色体都各自为政，在细胞核中占据着自己的‘领土’。但是，现在我们看到了跨不同染色体的多个基因聚集在相同的细胞机器周围。我们认为，‘集线器’可以帮助细胞有序地管理DNA，使细胞机器快速开启或关闭特定基因。”

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原文检索：Higher-Order Inter-chromosomal Hubs Shape 3D Genome Organization in the Nucleus

（生物通：伍松）