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我校人类三维基因组研究成果取得新进展

发布日期:2015-12-11 发表者:辛西 浏览次数:

(文|通讯员齐欢欢)12月11日,国际著名生物学权威杂志《细胞》(《Cell》)在线发表了我校三维基因组研究团队阮一骏、李国亮教授在人类三维基因组结构解析方面的研究论文“CTCF-Mediated Human 3D Genome Architecture Reveals Chromatin Topology for Transcription”。本研究是我院李国亮和阮一骏教授3年前启动的项目,是继2012年在《细胞》发表关于转录的三维调控机理后又一重要成果。 该研究应用改进后的CHIA-PET技术和三维基因组模型,在单倍型水平上阐明了CTCF介导的染色质拓扑结构规律及其调控基因表达模式的分子机制。唐忠辉、罗钧洪、李兴旺为该文章的共同第一作者,其中唐忠辉与李兴旺为我校博士毕业生,之后赴阮一骏教授海外实验室开展博士后工作。

十几年前人类基因组计划测序的工作已全部完成,但是人类对于人类基因组的认识才刚刚开始。目前,研究仍处在人类基因组时代,而不是后人类基因组时代。人类基因组编码的遗传信息决定了组织器官发育和大脑功能,但是对于人类基因组30亿碱基对序列中蕴藏的遗传信息的认识还远远不够。只有认识了人类基因组编码的本质规律,才能更好地推动转化医学研究,最终实现人类疾病的精准医疗。该研究为进一步认识三维基因组的结构和功能以及疾病发生发展奠定了重要基础,将推动转化医学研究,对疾病的临床精准医疗具有重要意义。

人类基因组包含十几万个绝缘子结合蛋白CTCF结合位点,CTCF蛋白通过结合这些位点参与建立复杂而有序的DNA相互作用网络。该研究运用一种改进后的染色质互作策略(ChIA-PET)全面解析不同的人类细胞系中高度有序的染色体折叠和特异的染色质互作,它们是由单倍型特异性和核苷酸分辨率的CTCF(CCCTC-binding factor)和RNAPII(RNA polymerase II)所介导。研究发现:CTCF/粘合蛋白介导的互作靶点充当CTCF基序方向一致的组成型基因空间组织的结构性焦点,而RNAPII在这些结构内通过选择性地吸引细胞类型特异的基因朝向CTCF聚焦点去协调基因转录而进行互作。此外,单倍型变异和等位基因的互作对染色体的构型也具有不同的效应,包括影响基因的表达。这也为疾病敏感性相关联的功能提供了机制性的理解。三维基因组模型阐明了围绕染色体轴线的染色质折叠模型,CTCF在这一模型中参与界定缩合和开放隔室接触面的结构性调控。这一策略为人类基因组变异和疾病的拓扑学机制方面提供了独特的视角。

该研究得到了美国国立卫生研究所、中国“111”项目和我校的资助。

论文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867415015044