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基因组三维高级结构组装机制获揭示

上海交通大学系统生物医学研究院比较生物医学研究中心吴强团队阐明了从一维基因组线性DNA元件“组装”成三维基因组立体拓扑结构的自然规律及其调控基因表达模式的分子机制。相关成果日前发表于《细胞》杂志。

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DNA在细胞核中被有规律地“组织”起来形成立体的三维结构,这种组织结构提供了基因表达调控及细胞发育与分化的结构基础。但这种复杂却很有规律的三维结构是如何被建立起来的呢?


吴强课题组发现,一种被称为CTCF的绝缘子结合蛋白识别其靶向DNA序列是具有方向性的。这种蛋白质识别DNA的方向性决定了染色质环化的方向性,从而形成染色质高级拓扑结构域,进而“辅助”一维线性的DNA元件“自组装”成立体的三维基因组,并调控基因表达。


研究人员利用前期开发的一种DNA片段遗传编辑技术,通过原位反转CTCF位点,发现在原钙粘蛋白基因簇中,CTCF蛋白识别其靶向DNA元件具有方向性。这种蛋白质识别DNA调控元件的方向性,决定了染色质高级拓扑结构域的建立和增强子与基因启动子的特异性相互作用,并影响基因的时空表达模式。他们还利用计算生物学方法发现,这个一维基因组线性DNA序列决定三维基因组高级拓扑结构的自然规律在整个人类基因组中具有普适性。


相关专家认为,基因组三维高级结构组装机制的发现是一项重要工作,是认识三维基因组结构的第一步。


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