Cell：基因定位听命于谁？

来自美国国立卫生研究院下属国家癌症研究所(NCI)的科学家们，利用新型的大规模成像技术绘制出了个别基因在人类细胞核中的空间位置，并确定了50个细胞因子是基因正确三维(3D)定位的必要条件。这些空间定位对基因表达、DNA修复、基因组稳定性和其他的细胞活动起重要的作用。这项研究发布在8月13日的《细胞》(Cell)杂志上。

DNA在细胞核中非随机排列是高等生物基因组的一个基本特性。研究人员很久以前就已经知道，大多数基因都会占据细胞核中偏爱的3D位置，基因的定位对于它们的功能至关重要，但一直以来却很难确定决定基因定位的作用分子和机制。尽管采用荧光原位杂交（FISH）技术可以显影基因，并确定它们的位置，这一成像技术一次只能分析几个样本，无法用于大规模基因组作图。

NCI的研究人员开发出了一种叫做HIPMap（High-throughput Imaging Position Mapping）的方法，使得大规模测定3D基因位置变为可能。这一方法利用了优化的FISH检测方案、全自动显微镜，并结合了先进的计算图像分析――其可在单次实验中传递成千上万样本的精确基因定位信息。

在这项研究中，NCI癌症研究中心副主任Tom Misteli博士领导研究人员利用HIPMap和一种叫做RNAi基因敲落的方法筛查了细胞核中近700种蛋白质，以鉴别与几个人类基因3D定位相关的蛋白。RNAi基因敲落是利用RNA分子去阻断细胞中的特异蛋白质生成。

通过在27天内连续收集来自自动显微镜的数据，分析了300多万个数据点，科学家们鉴别出有50个细胞因子决定了基因在细胞核中的定位。这一列表为进一步探究基因组组织的分子机制提供了基础。

Misteli说：“HIPMap的重要性在于，它可作为众多应用，包括癌症生物学的一个起点。除了解答基因组在完整细胞中的组织机制这类基础问题，还可以利用其能够在大量样本和细胞中绘制基因定位的能力，来检测癌症中非常罕见的染色体易位事件及了解决定染色体断裂位点的细胞因子。”在易位过程中，染色体断裂再重新连接，可导致不相连的基因发生融合，杂合基因的蛋白质产物有可能会促成癌症形成。

在举例说明HIPMap的应用时，Misteli指出上个月他的实验室发布了一项研究(Burman et al., Genes and Development. July 1, 2015)。在那项研究中，研究人员采用了一种源自HIPMap的方法来探究在一种叫做间变性大细胞淋巴瘤的癌症中导致染色体易于断裂及在NPM1基因和ALK基因之间形成一种致癌易位的机制。研究人员以往证实，在癌症中一些基因占据在不同的位置。因此，可以利用一些基因的3D定位来作为乳腺癌和前列腺癌一类疾病的诊断标志物。

“HIPMap将成为许多正在进行的研究努力中一种强大的工具，来绘制三维空间中的基因组，将来自这些研究的结果转化为癌症生物学，”Misteli说。

（转化医学网360zhyx.com）