我校人类三维基因组研究成果取得新进展

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南湖网讯(通讯员齐欢欢)12月11日,国际知名权威生物学杂志《细胞》 (《Cell》)在线发表了由我校三维基因组研究团队阮怡君、李国梁教授与外国科学家在人类三维基因组结构分析方面共同完成的研究论文《CTCF介导的人类三维基因组架构修订转录色度学》。这项研究是李国梁和阮怡君教授三年前发起的一个项目。这是继2012年《细胞》转录三维调控机制发表后的又一项重要成就。本研究应用改进的this正电子发射断层扫描技术和三维基因组模型,阐明了CTCF介导的染色质拓扑结构和单倍型水平调控基因表达模式的分子机制。唐忠辉、罗俊红和李兴旺是这篇文章的第一作者。其中,唐忠辉和李兴旺是我们学校的博士生,然后他们去阮怡君教授的海外实验室进行博士后工作。

人类基因组计划的测序已在十多年前完成,但人类对人类基因组的理解才刚刚开始。目前,研究仍处于人类基因组时代,而不是后人类基因组时代。人类基因组编码的遗传信息决定了组织器官和大脑功能的发育,但是对人类基因组30亿碱基对序列中所包含的遗传信息的理解还远远不够。只有了解人类基因组编码的本质规律,才能更好地促进转化医学的研究,最终实现人类疾病的精确医学治疗。这项研究为进一步了解三维基因组的结构和功能以及疾病的发生和发展奠定了重要基础。它将促进转化医学的研究,对疾病的临床精确医疗具有重要意义。

人类基因组包含100,000多个绝缘体结合蛋白CTCF结合位点。CTCF蛋白通过结合这些位点参与复杂有序的脱氧核糖核酸相互作用网络的建立。本研究采用一种改进的染色质相互作用策略(ChIA-PET)分析不同人类细胞系中高度有序的染色体折叠和特异的染色质相互作用,这种相互作用是由具有单体型特异性和核苷酸分辨率的CTCF(CCCTC-结合因子)和核糖核酸聚合酶(核糖核酸聚合酶)介导的。研究发现,CTCF/结合蛋白介导的相互作用靶点是具有一致CTCF基序方向的组成型基因空间组织的结构焦点,而RNAPII通过选择性吸引细胞类型特异性基因来协调基因向CTCF焦点的转录而在这些结构内相互作用。此外,单体型变异和等位基因相互作用对染色体构型也有不同的影响,包括影响基因表达。这也提供了对疾病敏感性相关功能的机械理解。三维基因组模型说明了染色体轴周围的染色质折叠模型,其中CTCF参与了定义缩合和开放区室之间界面的结构调节。这一策略为人类基因组变异和疾病的拓扑机制提供了独特的视角。

这项研究由国家卫生研究院、中国“111”计划和我们学校资助。

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评论者:李国梁