Nature Biotech：新方法绘制人类基因组核小体位点图谱

生物谷

        Dana-Farber癌症研究所研究人员获得一种绘制人体基因组中关键基因调节分子——核小体的位点的新方法，有助于研究、诊断癌症等疾病。另外，相对于初期的胚胎状态，成体细胞中的核小体会进行“重排”（reprogramming），新工具强为弄清核小体的排列过程，为科隆操作提供一臂之力。研究结果刊登于《Nature  Biotechnology》杂志，电子版网址为：http://www.nature.com/nbt/journal/vaop/ncurrent/index.html,

        核小体像绳珠一样沿着整个染色体进行排列，是染色体的最基本单位。核小体具有多种功能，特别是协助几英尺长的DNA折叠入细胞核，它们还可以通过决定DNA序列是否与转录因子接触，允许转录因子调节邻近基因的表达。是什么决定核小体在何时、何处，怎样沿着DNA链进行定位的呢？

        David  E.  Fisher博士说：“此次研究首次对人类核小体位点进行全面观测。”尽管这种类型的分析在酵母中已经进行过，但应用到相对复杂的人类基因组仍很困难。

        这种新技术“为定位许多人类基因组特征，如转录因子的结合位点、翻译起始和终止位点和其它一些生物学上重要的结构特征的位点提供了大量新线索。”转录因子是与基因启动子区域的特定DNA位点结合的某种蛋白，能够控制基因的开启和关闭。

        新方法主要是基于基因微列阵技术和久经考验的计算数据分析技术，研究人员使用新技术定位7种人类细胞系（包括黑素瘤）中3592个启动子中的核小体位点。

        研究人员很早既已发现转录因子不能与被核小绑定的DNA片段结合，但能够与两个核小体之间的“连接”片段结合。Fisher小组利用新技术，发现转录因子的确出现在核小体之间的“连接”区域，而不是核小体复合体所绑定的DNA片段上，提示核小体的分布控制了基因的开启和关闭，如果需要改变细胞活性，核小体可以重新定位。

        Fisher是Dana-Farber研究所黑素瘤项目带头人，也是霍华德医学院儿科教授，从事于与致死性皮肤癌有关的基因突变研究。他说最初是研究会影响其它基因的表达的MITF蛋白。

        “我们想知道MITF是怎样调节靶标基因的，特别是这些基因启动子区域中与MITF结合的位点，研究过程中我们开始怀疑MITF是结合在核小体之间区域还是结合在核小体本身，这些引导我们设计一种方法去寻找核小体的位点。”

        研究人员所采用的基因微列阵，上面的DNA携带单核小体。这些核小体DNA源自于黑素瘤、乳腺癌等几种癌症细胞系以及几种人类正常细胞。研究人员利用名为“wavelet  denoising”信号处理技术的运算法则，决定核小体位点的惊人模型。

        图像显示了一连与核小体绑定区域和非核小体绑定区域相应的峰和谷。研究人员后发现，具有相似的表达情况（全部“关闭”或者“开启”）的基因启动子区域，其核小体位点具有相关性。这种技术不仅成功地点明了先前通过其它方法发现的一些核小体的位点，并且可用于人类和其它细胞的全基因组研究，将来有望成为一种新的诊断工具。“所有疾病几乎都与基因表达有关，这种方法为寻找疾病相关的表达方式被关变的基因提供了帮助。