发布时间：2024-06-12 15:47:43 栏目：精选百科
了解基因在分子水平上的调控方式是现代生物学面临的一个核心挑战。这一复杂机制主要由转录因子、DNA 调控区和表观遗传修饰(改变染色质结构的化学改变)之间的相互作用驱动。细胞基因组的一组表观遗传修饰称为表观基因组。
在一项刚刚发表在《自然遗传学》上的研究中，来自欧洲分子生物学实验室罗马哈克特小组的科学家开发了一个模块化表观基因组编辑平台——一种可以在基因组任何位置编程表观遗传修饰的系统。该系统允许科学家研究每个染色质修饰对转录的影响，转录是基因被复制到 mRNA 中以驱动蛋白质合成的机制。
染色质修饰被认为有助于调节发育、对环境信号的反应和疾病等关键的生物过程。
为了了解特定染色质标记对基因调控的影响，先前的研究已经绘制了它们在健康和患病细胞类型基因组中的分布图。通过结合这些数据与基因表达分析以及扰乱特定基因的已知影响，科学家已经将这些染色质标记的功能归因于这些标记。
然而，染色质标记和基因调控之间的因果关系很难确定。挑战在于剖析参与此类调控的众多复杂因素(染色质标记、转录因子和调控 DNA 序列)的个体贡献。
Hackett 集团的科学家开发了一种模块化表观基因组编辑系统，可以在基因组的任何所需区域精确编程九个生物学上重要的染色质标记。该系统基于 CRISPR——一种广泛使用的基因组编辑技术，允许研究人员以高精度和准确性对特定 DNA 位置进行改变。
如此精确的扰动使他们能够仔细剖析染色质标记与其生物学效应之间的因果关系。科学家还设计并使用了一种“报告系统”，使他们能够在单细胞水平上测量基因表达的变化，并了解 DNA 序列的变化如何影响每个染色质标记的影响。他们的研究结果揭示了一系列重要的染色质标记在基因调控中的因果作用。
例如，研究人员发现了 H3K4me3 的新作用，H3K4me3 是一种染色质标记，以前被认为是转录的结果。他们观察到，如果将 H3K4me3 人工添加到特定的 DNA 位置，它本身实际上可以增加转录。“这是一个非常令人兴奋和意外的结果，它出乎我们的意料，”Hackett 集团的博士后兼研究首席科学家 Cristina Policarpi 说。“我们的数据指向一个复杂的调控网络，其中多个控制因素相互作用以调节特定细胞中的基因表达水平。这些因素包括染色质的预先存在的结构、底层 DNA 序列和基因组中的位置。”
Hackett 及其同事目前正在通过一家前景光明的初创企业探索利用这项技术的途径。下一步将是通过大规模靶向不同细胞类型的基因来确认和扩展这些结论。染色质标记如何影响基因多样性和下游机制的转录，还有待阐明。
“我们的模块化表观遗传编辑工具包构成了一种新的实验方法，可以剖析基因组和表观基因组之间的相互关系，”EMBL 罗马小组负责人 Jamie Hackett 表示。“该系统未来可用于更准确地了解表观基因组变化在影响发育和人类疾病过程中的基因活动方面的重要性。另一方面，该技术还解锁了以高度可调的方式编程所需基因表达水平的能力。这是精准医疗应用的一条令人兴奋的途径，可能在疾病环境中发挥作用。”
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！
