近年來(lái)，科學(xué)家在揭示基因組復(fù)雜結(jié)構(gòu)的運(yùn)作機(jī)制方面取得了顯著進(jìn)展。例如，染色質(zhì)重塑對(duì)基因表達(dá)的影響已得到廣泛研究。然而，染色質(zhì)重塑過(guò)程中所涉及的運(yùn)動(dòng)及其影響，仍未被完全理解。

最新的研究揭示了基因組范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)、基因活性和基因組結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。研究表明，基因組的空間組織直接影響基因的調(diào)控與表達(dá)。通過(guò)這一發(fā)現(xiàn)，我們更深入地了解了依賴轉(zhuǎn)錄的單基因運(yùn)動(dòng)機(jī)制，而這些機(jī)制的異常可能與神經(jīng)、心血管疾病及癌癥的發(fā)生密切相關(guān)。

紐約大學(xué)物理學(xué)教授Alexandra Zidovska博士表示：“轉(zhuǎn)錄活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的單基因運(yùn)動(dòng)會(huì)‘?dāng)噭?dòng)’整個(gè)基因組。當(dāng)基因被‘讀取’或不被‘讀取’時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方式會(huì)不同，從而導(dǎo)致基因組內(nèi)出現(xiàn)復(fù)雜、類(lèi)似湍流的運(yùn)動(dòng)。理解這種依賴轉(zhuǎn)錄的單基因運(yùn)動(dòng)的背后機(jī)制，對(duì)于理解健康與疾病狀態(tài)下的人類(lèi)基因組具有重要意義?！?/p>

這一研究成果已發(fā)表在《自然通訊》期刊上，題為《活體人類(lèi)細(xì)胞中依賴轉(zhuǎn)錄的單基因運(yùn)動(dòng)和基因組范圍運(yùn)動(dòng)》。

先前的研究發(fā)現(xiàn)，基因組在細(xì)胞核中會(huì)經(jīng)歷頻繁的“攪動(dòng)”或移動(dòng)，從而導(dǎo)致其重組和重新定位。在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家在活體人類(lèi)細(xì)胞中研究了一個(gè)活躍轉(zhuǎn)錄基因的運(yùn)動(dòng)如何影響周?chē)蚪M的運(yùn)動(dòng)。

為此，研究人員使用CRISPR技術(shù)給單個(gè)基因進(jìn)行熒光標(biāo)記，并通過(guò)雙色高分辨率活細(xì)胞顯微鏡觀察這些標(biāo)記基因的運(yùn)動(dòng)。此外，使用位移相關(guān)光譜（DCS）技術(shù)同步映射細(xì)胞核內(nèi)基因組的整體流動(dòng)情況。高分辨率成像數(shù)據(jù)通過(guò)物理和數(shù)學(xué)分析處理，揭示了前所未見(jiàn)的基因在細(xì)胞內(nèi)運(yùn)動(dòng)的物理圖景。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員觀察了基因在活躍和非活躍狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)DCS技術(shù)映射周?chē)蚪M的流動(dòng)，監(jiān)測(cè)基因激活前后基因組在細(xì)胞核中的流動(dòng)模式。

研究結(jié)果顯示，活躍基因?qū)蚪M的“攪動(dòng)”運(yùn)動(dòng)有直接貢獻(xiàn)。通過(guò)對(duì)單基因與基因組范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)的同步映射，研究表明基因組的壓縮程度會(huì)影響基因的貢獻(xiàn)方式。具體來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)相關(guān)性分析顯示，在低壓縮區(qū)域內(nèi)，單個(gè)活躍基因會(huì)驅(qū)動(dòng)基因組的運(yùn)動(dòng)；而在高度壓縮的區(qū)域中，無(wú)論基因是否活躍，基因組都會(huì)主導(dǎo)基因的運(yùn)動(dòng)。

Zidovska總結(jié)道：“這些發(fā)現(xiàn)揭示了基因活性、基因組壓縮和基因組范圍運(yùn)動(dòng)之間的意外聯(lián)系，揭開(kāi)了基因組在時(shí)間和空間上的組織特征，對(duì)基因調(diào)控和表達(dá)具有直接影響?！?/p>

參考資料：https://www.genengnews.com/topics/omics/genome-wide-motions-are-driven-by-transcription-of-single-genes/

編輯：王洪

排版：李麗