在幾乎每個人類細胞的內部都有著一個直徑為6微米（大約是人類頭發寬度的1/300）的細胞核，細胞核中填滿了大約3米長的DNA。DNA被緊密壓縮裝在細胞核內，其必須要接近細胞的轉錄機器才能充當指令引導所有的細胞過程。長期以來科學家們都認為DNA的包裝方式影響了基因表達。現在，Whitehead研究所的研究人員提供了首個證據，證實DNA支架（scaffolding）可導致基因表達增強和抑制。
Whitehead研究所成員、麻省理工學院生物學教授Richard Young說：“第一次，我們看到了染色體結構促成了基因控制。在過去，人們對于染色體結構有可能影響基因控制的機制提出了各種觀點，現在其中一個通過了試驗檢測，被證實是正確的。”
DNA支架分為幾個結構層次，從DNA纏繞組蛋白形成核小體的線珠結構，包含與各種調控元件相互作用的多個DNA環的拓撲相關結構域（topologically associated domain），到高度濃縮的染色體。
利用小鼠胚胎干細胞(ESCs)展開研究，Young實驗室檢測了拓撲相關結構域內的支架景觀。研究人員過去知道Cohesin和CTCF蛋白可結合到一些ESC重要基因周圍的DNA上，但他們并不清楚這些蛋白對于DNA三維組織的影響。利用一種稱作為ChIA-PET的技術，研究人員將焦點放在了這些蛋白質的相互作用上。
Young實驗室的博士后研究員Jill Dowen說：“通過了解哪些Cohesin/CTCF位點聚合到一起、在物理位置上接近，我們開始從基因組線性角度轉向數組環相互作用，其將我們引導至這些結構域，這些超級增強子結構域，在那里環內的基因表達增強。”
Dowen和合作者Zi Peng Fan、Denes Hnisz及Gang Ren，在最新一期的《細胞》（Cell）雜志上描述了這些環的結構。
Hnisz將這些環比作為“禮品袋”， Cohesin和CTCF像袋口上的繩子構建出了DNA環，這些DNA環充當了增強或抑制基因表達的蛋白質的支架。增強或抑制效應只限于禮品袋內的基因。在他們研究的ESCs中，科學家們鑒別出了包含活化基因和增強子的197個兩側為Cohesin/CTCF的DNA環，以及349個包含抑制基因的DNA環。
有趣的是，當他們在小鼠神經前體細胞(Neural precursor cell)中檢測尋找相似的Cohesin/CTCF結合環時，發現不僅這些細胞具有這樣的DNA環，它們的位置也與ESC基因組中相似。當然，ESCs和更為分化的細胞之間一些環的抑制或增強作用存在差異。這表明，在細胞分化過程中一些環仍然保持不變，但它們可能轉變了內含物，由此改變了對基因表達的影響。
研究人員打算在其他類型的分化細胞中研究環的結構和位置，而現在他們對于自己對DNA結構及其影響的新認知感到非常興奮。
Hnisz說：“我認為在對于基因表達與與染色體局部組織的相關性的理解上，我們填補了一個極大的空白。探索這些機制缺陷是否可能促成了人類疾病極其令人感到興奮。”
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