近年來，科學(xué)家在揭示基因組復(fù)雜結(jié)構(gòu)的運作機制方面取得了顯著進展。例如，染色質(zhì)重塑對基因表達的影響已得到廣泛研究。然而，染色質(zhì)重塑過程中所涉及的運動及其影響，仍未被完全理解。

最新的研究揭示了基因組范圍內(nèi)運動、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。通過這一發(fā)現(xiàn)，我們更深入地了解了依賴轉(zhuǎn)錄的單基因運動機制，而這些機制的異?？赡芘c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)錄活動驅(qū)動的單基因運動會‘?dāng)噭印麄€基因組。當(dāng)基因被‘讀取’或不被‘讀取’時，其運動方式會不同，從而導(dǎo)致基因組內(nèi)出現(xiàn)復(fù)雜、類似湍流的運動。理解這種依賴轉(zhuǎn)錄的單基因運動的背后機制，對于理解健康與疾病狀態(tài)下的人類基因組具有重要意義。”

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

先前的研究發(fā)現(xiàn)，基因組在細(xì)胞核中會經(jīng)歷頻繁的“攪動”或移動，從而導(dǎo)致其重組和重新定位。在這項研究中，科學(xué)家在活體人類細(xì)胞中研究了一個活躍轉(zhuǎn)錄基因的運動如何影響周圍基因組的運動。

為此，研究人員使用CRISPR技術(shù)給單個基因進行熒光標(biāo)記，并通過雙色高分辨率活細(xì)胞顯微鏡觀察這些標(biāo)記基因的運動。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)基因組的整體流動情況。高分辨率成像數(shù)據(jù)通過物理和數(shù)學(xué)分析處理，揭示了前所未見的基因在細(xì)胞內(nèi)運動的物理圖景。

在實驗中，研究人員觀察了基因在活躍和非活躍狀態(tài)下的運動。同時，通過DCS技術(shù)映射周圍基因組的流動，監(jiān)測基因激活前后基因組在細(xì)胞核中的流動模式。

研究結(jié)果顯示，活躍基因?qū)蚪M的“攪動”運動有直接貢獻。通過對單基因與基因組范圍內(nèi)運動的同步映射，研究表明基因組的壓縮程度會影響基因的貢獻方式。具體來說，運動相關(guān)性分析顯示，在低壓縮區(qū)域內(nèi)，單個活躍基因會驅(qū)動基因組的運動；而在高度壓縮的區(qū)域中，無論基因是否活躍，基因組都會主導(dǎo)基因的運動。

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動之間的意外聯(lián)系，揭開了基因組在時間和空間上的組織特征，對基因調(diào)控和表達具有直接影響。”

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