《自然》子刊:新設計首次生成單個細胞染色體三維圖

基因組分析可以提供有關基因及其在DNA鏈上的位置的資訊，但這些分析幾乎無法揭示它們在染色體內的空間位置關係，而染色體是高度複雜的三維結構，承載著遺傳資訊。

染色體在顯微鏡影象中類似於一個模糊的“X”，可以攜帶數千個基因。當DNA纏繞蛋白質（稱為組蛋白）時，它們就形成了。組蛋白進一步摺疊成稱為染色質的複合物，染色質構成了單個染色體。

由於相鄰的基因通常一起起作用。，因此知道基因在染色質內的空間接近性非常重要。

現在，伊利諾伊大學芝加哥分校的研究人員報告了一種利用熱圖資料逆向工程染色體高度詳細模型的計算技術。透過這項工作，研究人員發現了染色質摺疊在DNA鏈上彼此相距很遠的基因之間產生的緊密空間關係的新資訊。

研究結果已發表在《自然通訊》（Nature Communications）上。

研究人員開發了一種方法，利用一個叫做Hi-C的過程中的資訊對單個染色體的複雜結構進行逆向工程的方法。

Hi-C生成基於機率的熱圖，反映出哪些基因在空間上最可能彼此接近。這些熱圖可以提供染色體如何組織的大致三維資訊，但由於它們是基於來自多個細胞的遺傳物質，這些熱圖代表了基因之間接近的平均可能性，而不是確切的位置。

研究人員研究了果蠅胚胎細胞染色體的Hi-C熱圖，果蠅胚胎細胞只有8條染色體。他們將這些熱圖與新的先進的計算方法結合起來，生成了非常詳細的單個細胞染色體的三維圖。

這是第一次製造出準確代表染色體內遺傳空間關係的單細胞模型。研究人員表示，“有了這些模型，可以發現豐富的生物學模式，並回答有關染色體三維結構變化導致幹細胞發育成不同組織的基本生物學問題，以及這些過程中的故障如何導致包括癌症在內的疾病。”

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

論文連結：

https：//www。nature。com/articles/s41467-020-20490-9