英國劍橋大學首次報道DNA真實3D結構

　　劍橋大學和醫學研究委員會劍橋分子生物學實驗室的研究人員通過單細胞基因組成像技術，將小鼠胚胎干細胞放大了10萬倍，得到了其不同部位DNA組合圖像。

　　運用單細胞Hi-C 技術（Single-cell Chromosome conformation capture），以整個細胞核為研究對象，利用高通量測序技術，結合生物信息分析方法，研究全基因組范圍內整個染色質DNA在空間位置上的關系，通過對染色質內全部DNA相互作用模式進行捕獲，獲得高分辨率的染色質三維結構信息，如今的科學家們已經可以觀察細胞內任意時期內的染色體狀態、它們如何相互接觸形成一個完整的基因組。基因的開開關關不僅關系到機體的發育，還關系到疾病的發生。了解DNA彼此的接觸狀態，對了解特殊基因和它們的調控區域十分重要。科學家們通過一個非常精美的視頻，向人們展示了小鼠胚胎干細胞細胞核內由完整的20條染色體所構成的小鼠基因組3D結構，20條染色體分別標記了不同顏色以示區分。

　　在第二個視頻中，活躍的基因被展示為藍色，與核纖層相互作用的區域被展示為黃色。這樣的布局顯示出基因組傾向于把最活躍的DNA區域放置在核內部，與那些不怎么活躍的關系到核纖層的DNA從空間上分隔開來。觀察每個細胞都一致地如此布局，猜測這樣排列將有助于諸如DNA復制、細胞分化等細胞活動。

　　劍橋大學生物化學系，參與了這項技術手段研究的Ernest Laue教授點評：了解所有基因和其控制元件在某一特定時刻的位置，將會幫助我們了解控制和維持它們表達的分子機制。未來，我們會研究干細胞分化過程中的這些改變，以及個體干細胞的發育中是如何決策的。到現在為止，我們只能觀察到群體細胞（群體細胞Hi-C）水平上的結構差異。了解單細胞（單細胞Hi-C）水平上的基因表達調控機制是實現干細胞醫療的關鍵。

　　本研究由劍橋大學生物化學系和Wellcome-MRC干細胞研究所，以及MRC分子生物學實驗室的同事合作完成。現已發表在Nature雜志。

　　來自Wellcome遺傳與分子科學項目組的Tom Collins博士說，如此細致（以＜100kb的DNA分辨率來觀察染色體結構）的3D描述，這是一項前所未有的突破。這些具體的細節將會透露出我們的基因組調控機體的某些潛在原則。比如在染色體之間是如何對話的，染色體結構是如何影響基因的開與關的，等等。如果我們能將這種方法應用到具體的異常基因組細胞中，例如癌細胞，對照正常細胞基因組結構圖，我們就可以更好地理解到底是什么導致了疾病的發生，以及我們需要如何開發用以糾正這種疾病的方法。

　　2015年初，安諾基因在國內首次推出了群體細胞Hi-C測序和單細胞Hi-C測序服務，能夠在1Mb分辨率水平下解析染色體的三維構象。隨后，安諾基因不斷創新，Hi-C測序服務取得重要突破，精度更高，有效片段更多，現已實現在1Kb分辨率水平（目前報道的最高分辨率）精確解析染色體的三維構象。

　　相信不久的將來，神秘的人類基因組，將以更形象的方式，被寫入教材，做成模型，巨細無遺地呈現在每一個人的眼前。