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Nature Methods新年展望:細(xì)胞核結(jié)構(gòu)

日期:2016-01-07 08:44:43

 今年第一期《Nature Methods》評出了2015的年度技術(shù)——單顆粒冷凍電鏡(cryo-EM)。除此之外,該雜志還對一些熱門技術(shù)進(jìn)行了一番展望,包括細(xì)胞內(nèi)蛋白標(biāo)記、精準(zhǔn)光遺傳學(xué)、高多重成像、亞細(xì)胞圖譜分析等等。

 

“位置高于一切”是房地產(chǎn)的金科玉律,這句話也同樣適應(yīng)于哺乳動物基因組。基因調(diào)控依賴于染色質(zhì)及其調(diào)控元件在細(xì)胞核內(nèi)的三維組織形式。染色質(zhì)構(gòu)象捕獲的經(jīng)典方法(3C),讓我們對染色質(zhì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)有了驚鴻一瞥。但要在高分辨率和高通量水平上成像3D染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的動態(tài),我們還需要新的方法。這些方法將幫助我們真正理解基因組的組織形式,這種形式隨時間推移的演化,及其對疾病的推動作用。

 

3C衍生技術(shù)主要是將相互作用的染色質(zhì)位點交聯(lián)起來,然后再進(jìn)行擴(kuò)增和測序。這種技術(shù)的通量受到了限制,而且對順式互作有偏好。最新的技術(shù)改良包括兩個連續(xù)的捕獲步驟,不僅大大提高了通量和分辨率,還能實現(xiàn)弱互作和強(qiáng)互作的相對定量,闡明它們各自的生物學(xué)作用。

 

要想全面把握細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的動態(tài),把群體數(shù)據(jù)與單細(xì)胞數(shù)據(jù)結(jié)合起來是很重要的。這就需要覆蓋基因組學(xué)、生物物理學(xué)和顯微成像的綜合性方法。美國NIH最近資助的4D細(xì)胞核組學(xué)計劃(4D Nucleome Program)就是一種這樣的嘗試,該計劃希望結(jié)合多方面力量獲得基因組結(jié)構(gòu)圖譜,在高分辨率水平上成像和研究亞細(xì)胞核區(qū)域。研究者們正在進(jìn)一步改良實驗和計算方法,以適應(yīng)單細(xì)胞的核組分析。

 

一旦細(xì)胞核結(jié)構(gòu)分析成為更為常規(guī)的定量程序,我們將能更好的預(yù)測突變(不論是與疾病有關(guān)的突變還是在基因組編輯時引入的突變)對基因調(diào)控的影響,以及突變的作用機(jī)制。我們甚至能特異性改變基因組結(jié)構(gòu),給細(xì)胞帶來我們想要的改變。

 

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