我们是保持健康还是患上重病是由我们的基因决定的。但同时，我们基因组的折叠对这也有重要的影响，因为3D基因组组织调节着哪些基因被打开和关闭。
马克斯普朗克多学科科学研究所(MPI)的Marieke Oudelaar和Elisa Oberbeckmann领导的研究人员现在已经成功地在实验室中重建了酵母基因组的3D折叠，并破译了其潜在的机制。他们的研究成果发表在《自然遗传学》杂志上。
我们的身体由数百种不同类型的细胞组成，它们专门负责各种任务:它们对抗病原体，运输氧气，产生胰岛素，或者让我们思考。所有类型的细胞都包含相同的蓝图，这些蓝图被编码在我们DNA的基因中。然而，只有各自细胞需要完成任务的基因才会被激活。
我们身体中一个细胞的DNA，也就是我们的基因组，如果展开，大约有两米长。尽管如此，DNA还是可以放进一个直径约为千分之一毫米的微小细胞核中。因此，它是紧凑的包装。某些蛋白质，即组蛋白，将DNA分成几段缠绕起来，就像在电缆鼓上一样。
这种组蛋白- dna复合物被称为核小体。核小体通过无核小体的DNA片段彼此分离，类似于结在一起的方式。包裹在核小体中的基因组被称为染色质。
“基因组的三维结构影响着基因的活性。通过折叠，调控DNA片段在正确的时间与正确的基因接触，并打开或关闭它们，”Oudelaar解释说，他是该研究所莉斯·迈特纳研究小组的负责人。如果基因激活被破坏，就会导致人类患上各种疾病，比如癌症。
对科学家来说，研究DNA的三维结构仍然是一个挑战。“在活细胞中，很难发现哪些蛋白质和过程参与了3D基因组折叠。这项研究的第一作者、MPI项目小组组长Elisa Oberbeckmann解释说:“潜在的生化网络很难解开，所涉及的蛋白质通常有几种难以分离的功能。”
研究人员和他们的团队现在已经取得了一项重要的方法进步:他们已经成功地在实验室中从酵母中复制了染色质，并测量了它的三维结构。
Oberbeckmann说:“这提供了巨大的优势，折叠过程和所涉及的蛋白质可以单独研究。”通过生化和基因实验以及计算机模拟，他们能够破译染色质如何折叠成特定的三维结构，称为染色质结构域。
当研究人员在实验室实验中添加调节因子来重塑染色质时，人工生成的染色质形成了与酵母中染色质非常相似的3D结构。
“令我们惊讶的是，一旦细胞调节因子给染色质带来一定的规律性，它就会独立折叠。核小体通过染色质重塑的规则排列似乎在基因组的三维折叠中发挥了比以前认为的更重要的作用，”Oudelaar解释说。
该团队可以证明，染色质中无核小体的长片段形成了单个结构域之间的边界。“这些部分的长度直接影响相邻区域是否可以相互作用。较长的无核小体区域非常坚硬，因此阻止了两个相邻区域核小体之间的相互作用，”在实验室实验和分析中发挥关键作用的学生Kimberly Quililan解释说。
研究人员获得的见解也与酵母模型系统相关:类似的机制可能在人类基因组的3D组织中发挥作用。在未来，G?ttingen团队的结果可能有助于更好地识别基于基因调节中断的疾病的可能原因。
Oudelaar说:“如果我们了解基因是如何在3D基因组中被激活的，这也可能是预防和治疗这些疾病的一个有用的起点。”
更多信息:Oberbeckmann, E. et al。染色质结构域的体外重构显示了核小体定位在三维基因组组织中的作用。自然遗传学(2024)。DOI: 10.1038/s41588-023-01649-8期刊信息:自然遗传学由马克斯普朗克学会提供引文:基因和3D基因组折叠在确定健康中的作用(2024年，1月30日)检索自2024年1月30日https://medicalxpress.com/news/2024-01-roles-genes-3d-genome-health.html本文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
