從單細(xì)胞學(xué)習(xí)解開(kāi)基因調(diào)控的新技術(shù)

DNA的包裝如何調(diào)節(jié)基因的活性?為了回答這個(gè)問(wèn)題，Jop Kind 小組的研究人員(Hubrecht 研究所的小組組長(zhǎng)和 Oncode 調(diào)查員)的 Franka Rang 和 Kim de Luca 開(kāi)發(fā)了一種同時(shí)測(cè)量基因表達(dá)和 DNA 包裝的技術(shù)。這種名為 EpiDamID 的方法確定了 DNA 包裹在其周?chē)男揎椀鞍踪|(zhì)的位置。收集有關(guān)這些修飾的信息很重要，因?yàn)樗鼈儠?huì)影響 DNA 的可及性，從而影響基因活性。因此，EpiDamID 對(duì)于研究生物的早期發(fā)育很有價(jià)值。研究結(jié)果發(fā)表在Molecular Cell上。

為了使 DNA 適合細(xì)胞核，它被緊密地包裹在稱(chēng)為組蛋白的核蛋白周?chē)?。根?jù)這種纏繞的緊密程度，DNA 可以(不)接近其他蛋白質(zhì)。因此，這決定了基因表達(dá)、DNA 轉(zhuǎn)化為 RNA 并最終轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的過(guò)程是否可以發(fā)生。

DNA包裝決定基因活性

DNA 纏繞在組蛋白周?chē)木o密度是通過(guò)在組蛋白中添加分子組來(lái)調(diào)節(jié)的，即所謂的翻譯后修飾 (PTM)。例如，如果將某些分子添加到組蛋白中，DNA 纏繞就會(huì)變松。這使得某些蛋白質(zhì)更容易接近 DNA，并導(dǎo)致這部分 DNA 中的基因變得活躍或表達(dá)。此外，對(duì)基因表達(dá)至關(guān)重要的蛋白質(zhì)可以直接識(shí)別和結(jié)合 PTM。這使得轉(zhuǎn)錄成為可能：DNA 復(fù)制的過(guò)程。

基因表達(dá)的調(diào)節(jié)，例如通過(guò)翻譯后修飾，也稱(chēng)為表觀(guān)遺傳調(diào)節(jié)。由于身體中的所有細(xì)胞都具有相同的 DNA，因此需要調(diào)節(jié)基因表達(dá)以(去)激活單個(gè)細(xì)胞中的特定功能。例如，心肌細(xì)胞與皮膚細(xì)胞具有不同的功能，因此需要不同的基因來(lái)表達(dá)。

使用 EpiDamID 分析單細(xì)胞

為了了解 PTM 如何影響基因表達(dá)，第一作者 Franka Rang 和 Kim de Luca 設(shè)計(jì)了一種新方法來(lái)確定修飾的位置。使用這種稱(chēng)為 EpiDamID 的方法，研究人員可以分析單個(gè)細(xì)胞，而以前的方法只能測(cè)量一大群細(xì)胞。如此小規(guī)模的分析導(dǎo)致了解每個(gè)細(xì)胞的 DNA 纏繞如何不同，而不是關(guān)于許多細(xì)胞的平均 DNA 纏繞的信息。

EpiDamID 基于 DamID，一種用于確定某些 DNA 結(jié)合蛋白結(jié)合位置的技術(shù)。使用 EpiDamID，可以在單個(gè)細(xì)胞中檢測(cè)特定 PTM 在組蛋白上的結(jié)合位置。與其他技術(shù)相比，這種技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)是研究人員需要非常有限的材料。此外，EpiDamID 可以與其他方法(例如顯微鏡)結(jié)合使用，以研究不同水平的基因表達(dá)調(diào)控。

前景

隨著這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，Kind 小組將從發(fā)育生物學(xué)的角度關(guān)注 PTM 的作用。由于使用 EpiDamID 分析單個(gè)細(xì)胞，因此只需要有限數(shù)量的材料即可生成足夠的數(shù)據(jù)。這使研究人員能夠研究生物體從第一次細(xì)胞分裂開(kāi)始的早期發(fā)育，當(dāng)時(shí)胚胎僅由少數(shù)細(xì)胞組成。

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