人體內的所有組織都是由蛋白質組成的，對于每種蛋白質，人類基因組中都有一段“編碼”它的DNA，或描述產生它的氨基酸序列。但是這些編碼區(qū)僅構成基因組的約1%，并且在其他99%中分散的是參與調節(jié)基因表達或確定哪些編碼區(qū)將被翻譯成蛋白質的序列。什么時候。

在最新一期的“ 自然生物技術 ” 雜志上，麻省理工學院和哈佛醫(yī)學院的研究人員描述了一種新的技術，用于系統(tǒng)地但有效地搜索長基因組的監(jiān)管元素。在他們首次應用該技術時，他們發(fā)現了當前關于基因調控的思考不完整的證據。

麻省理工學院電子工程和計算機科學教授，新論文的高級作者之一David Gifford說：“常規(guī)檢測方法已經切斷了基因組的一小部分，并詢問它們是否足以驅動基因表達。” “這有兩個局限性。首先，可能是基因激活的某些東西足夠，但這并不意味著它是必要的。反之亦然：如果有必要，可能還不夠。所以這些分析真的沒有透露基因組DNA功能的完整故事。“

“這些檢測的另一個問題是它們不是在原生環(huán)境中完成的，”Gifford補充說 - 也就是說，切除的DNA片段不在基因組內的正常位置。“我們感興趣的是使用直接測定，揭示基因組序列在其原生環(huán)境中的必要性 - 在細胞中，在它通常所在的基因組中的位置。我們在正常功能的位置進行突變。”

Gifford小組的博士后Nisha Rajagopal是該報的第一作者。哈佛醫(yī)學院的研究員理查德·舍伍德是另一位資深作者，他們與吉福德和舍伍德小組的其他七位研究人員一起參加。

無標記的路徑

近年來，鑒定基因組中調控元件的主要技術之一是使用所謂的組蛋白標記。在細胞中，DNA通常被包裹在稱為組蛋白的蛋白質周圍的緊密線圈中。組蛋白的末端經常具有修飾 - 例如添加乙?；蚣谆?。

這些修飾是組蛋白標記，并且某些標記似乎與抑制或促進基因表達有關。生物學家發(fā)現組蛋白帶有這些標記，將包裹在其周圍的DNA切片切片，并對DNA進行測序。當他們在基因組圖譜中找到相應的序列時，他們可以開始進行狹窄的靶向實驗以試圖鑒定調控元件。

然而，麻省理工學院和哈佛大學的研究人員的技術已經確定了基因組區(qū)域似乎在基因調控中起著至關重要的作用，但之前并未與組蛋白標記相關聯(lián)。“科學總是受到一系列假設的影響，”吉福德說。“在我看來，整個研究表明，仔細考慮我們的假設是很重要的。它并沒有明確地反駁這些假設，但它在某種意義上要求進一步探索基因組功能的必要性。”

Gifford及其同事的技術是CRISPR基因編輯系統(tǒng)的應用。CRISPR是一種切割DNA的方法; 研究人員找到了一種方法，可以在感興趣的蛋白質編碼區(qū)周圍定期間隔這些切口。在這篇新論文中，他們報告了一些實驗，在這些實驗中，他們在四個已知蛋白質編碼區(qū)域的每一個周圍搜索了成千上萬個堿基對或DNA字母的跨度。

RNA指南

為了定期進行切割，研究人員設計了4,000種指導RNA，這種小型生物分子將CRISPR切割酶導向基因組中的正確位置。

在研究人員的實驗中，指導RNA是在細胞內制造的。對于所有的指導RNA，研究人員構建了DNA模板，細胞自然吸收。平均而言，每個DNA模板顯示在約1,000個細胞中。每個細胞將一個DNA模板轉換成指導RNA，導致CRISPR切割酶進入基因組中的特定位置。

在每個位置，CRISPR酶切割DNA。當細胞試圖修復這些切口時，修復部位的DNA序列變得亂碼。在某些情況下，花邊防止細胞產生適當的蛋白質，表明功能重要的區(qū)域。

研究人員隨后進行了第二組實驗，僅針對這些區(qū)域，以確定其修飾中斷蛋白質產生的精確序列。在他們研究的四種蛋白質編碼序列的每一個周圍，他們發(fā)現了大約1,000個堿基對的多個區(qū)段，顯示出強烈的調節(jié)活性跡象，但組蛋白標記先前未發(fā)現。

可能是，吉福德說，這些延伸僅存在于一部分細胞中，并且它們實際上與組蛋白標記有關; 識別組蛋白修飾的標準技術依賴于細胞群體的平均測量值，因此可能會遺漏異常值。Gifford，Rajagopal及其同事正在繼續(xù)調查這些地區(qū)，以確定它們的內容。