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要想了解DNA的秘密,折折它吧

已有 3758 次阅读 2009-5-25 08:57 |个人分类:科技信息|系统分类:海外观察

科学家们对混乱的细胞控制中心的探索又回归到一个不为人熟知的过程,即对形成身体每一个细胞的过程的深入了解。

通过分析基因激活的变化与基因在物理位置上变化之间的联系,科学家们提供了有力证据证明:并不是基因组的序列,而是其三维结构决定了细胞命运及其功能。

基因不是随机出现在基因组中,但他们与周围染色体中的基因相邻,美国西北大学细胞生物学家Steven Kosak说道:“你只有通过基因组的长相来了解它。”

Kosak与合著作者弗雷德·哈钦森癌症研究中心生物数学家Indika Rajapakse的发现属于近期非常受关注的科学焦点,即基因在细胞生命的不同层面上(时间、空间及机体)是如何开启及关闭的。许多研究者认为这种所谓的次生变化在控制细胞功能及最终控制个体健康方面与基因组的变化同样重要。

与人类基因组不同,这种次生的密码至今还未被绘出图谱。因此对其知识的缺失也映证了为什么2004年完成的人类基因组测序在某种程度上说并未能实现之前期待的结果。并不是测出基因序列就能轻易预言疾病,科学家们需要对每个与疾病有联系的功能基因云做标记。

但那些基因云的生物功能并不是显而易见的。“普通疾病的基因分析要远比我么想象中的复杂,”纽约时报科学编辑Nicholas Wade在最近有关基因组分析争论的文章中写到。

为了了解那些基因云发生的情况,遗传学研究者们必须找到开启和关闭基因的生物学开关。另一方面Kosak以及其他的染色体拓扑学家认为基因云的形状本身可能就是一种开关。

与教科书上显示的处于细胞稳定期整齐排列的X型基因图像不同,在遗传密码被转录成大量蜂窝状的蛋白质时,染色体会形成一种非常复杂的结构。它们缠绕在一起,就像松散的线球。

在最近几年里,科学家们发现特定的基因会在形成特定结构时才会有活性。虽然还未能准确解释这种现象发生的原因,但他们确信染色体拓扑学的理解对研究基因组来说是必不可少的。

“在大街上随便问一个人,一提到‘基因组,他们就会想到序列。但是很明显,如果你想知道基因组的功能,基因组序列是不会告诉你的,”国家癌症研究所细胞生物学家Tom Misteli说道,“基因组在细胞内是如何组织才是最重要的。这是基因组以及细胞最基本的性质,但是在关注序列时经常会遗忘这点。”

KosakRajapakse发表了有关基因位置及功能的联系的综合证据。在此之上,他们揭示了基因定位的重要性。

在他们的研究成果里(发表在3月份的《美国国家科学院院刊》上,周一该刊发表了Misteli对此文的综述),通过将老鼠干细胞变为红细胞,研究者们在基因组层面上对基因的活性及染色体形状展开了按时间顺序的解读,然后利用一种样式分析程序计数,并且对每个网络上有活性的联系进行标记,确定这种联系确实存在。

“在最近五年或十年里,大家对这个研究一直都很感兴趣” Misteli说:“大部分对基因组如何改变表达的了解只出自一个、两个或三个基因。Kosak基因组层面上证明了这点。染色体定位的争论认为我们应该关注更多的基因。这也就是他们所做的。”

染色体究竟是如何形成特定的形状,然后又如何影响基因,这还不得而知。Misteli把这种知识称为“圣杯”。研究者们对此也有些设想。有些人猜想,如其说染色体将使基因有活性和失活的蛋白质做上特定的基因标记,倒不如说染色体调整形状使基因与蛋白质靠近。

MisteliKosak将此描绘为基因组自我组织,而且认为他们的发现支持这种说法。KosakRajapakse把他们观察的结果与自我组织的计算机模型形成的样式进行比较,发现两种数据吻合。

Kosak下一步目标是研究人干细胞变成有功能组织时的染色体拓扑学。

有些变化适用于这个研究,当然还需要重复试验。Misteli说基因激活需要在其他时候测量,自我组织的计算机模型是最基本的。

“但是这只是第一步,”Misteli说,“还会有人继续下步工作”。

共调基因表达与染色体关联网络有联系

A 红细胞玫瑰花型样品,每个染色体通过光谱核型分析识别

B 染色体关联网络图用19矩阵来表现(19频率矩阵包含所有可能的染色体联系)

C 稍大的共调基因表达网络压缩成的19矩阵(19 染色体关联矩阵,利用在每个染色体内找到的共调基因)


编译自:To Understand the Blueprint of Life, Crumple It

http://ekschi.com/technology/2009/04/29/to-understand-the-blueprint-of-life-crumple-it/




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