Cell：基因定位聽命于誰？

　　 生物通報道 來自美國國立衛生研究院下屬國家癌癥研究所(NCI)的科學家們，利用新型的大規模成像技術繪制出了個別基因在人類細胞核中的空間位置，并確定了50個細胞因子是基因正確三維(3D)定位的必要條件。這些空間定位對基因表達、DNA修復、基因組穩定性和其他的細胞活動起重要的作用。這項研究發布在8月13日的《細胞》(Cell)雜志上。

　　DNA在細胞核中非隨機排列是高等生物基因組的一個基本特性。研究人員很久以前就已經知道，大多數基因都會占據細胞核中偏愛的3D位置，基因的定位對于它們的功能至關重要，但一直以來卻很難確定決定基因定位的作用分子和機制（延伸閱讀：Cell：基因定位的重大影響 ）。盡管采用熒光原位雜交（FISH）技術可以顯影基因，并確定它們的位置，這一成像技術一次只能分析幾個樣本，無法用于大規模基因組作圖。

　　NCI的研究人員開發出了一種叫做HIPMap（High-throughput Imaging Position Mapping）的方法，使得大規模測定3D基因位置變為可能。這一方法利用了優化的FISH檢測方案、全自動顯微鏡，并結合了先進的計算圖像分析——其可在單次實驗中傳遞成千上萬樣本的精確基因定位信息。

　　在這項研究中，NCI癌癥研究中心副主任Tom Misteli博士領導研究人員利用HIPMap和一種叫做RNAi基因敲落的方法篩查了細胞核中近700種蛋白質，以鑒別與幾個人類基因3D定位相關的蛋白。RNAi基因敲落是利用RNA分子去阻斷細胞中的特異蛋白質生成。

　　通過在27天內連續收集來自自動顯微鏡的數據，分析了300多萬個數據點，科學家們鑒別出有50個細胞因子決定了基因在細胞核中的定位。這一列表為進一步探究基因組組織的分子機制提供了基礎。

　　Misteli說：“HIPMap的重要性在于，它可作為眾多應用，包括癌癥生物學的一個起點。除了解答基因組在完整細胞中的組織機制這類基礎問題，還可以利用其能夠在大量樣本和細胞中繪制基因定位的能力，來檢測癌癥中非常罕見的染色體易位事件及了解決定染色體斷裂位點的細胞因子。”在易位過程中，染色體斷裂再重新連接，可導致不相連的基因發生融合，雜合基因的蛋白質產物有可能會促成癌癥形成。

　　在舉例說明HIPMap的應用時，Misteli指出上個月他的實驗室發布了一項研究(Burman et al., Genes and Development. July 1, 2015)。在那項研究中，研究人員采用了一種源自HIPMap的方法來探究在一種叫做間變性大細胞淋巴瘤的癌癥中導致染色體易于斷裂及在NPM1基因和ALK基因之間形成一種致癌易位的機制。研究人員以往證實，在癌癥中一些基因占據在不同的位置。因此，可以利用一些基因的3D定位來作為乳腺癌和前列腺癌一類疾病的診斷標志物。

　　“HIPMap將成為許多正在進行的研究努力中一種強大的工具，來繪制三維空間中的基因組，將來自這些研究的結果轉化為癌癥生物學，”Misteli說。