Nat Genet：新型工具全方位解析DNA“暗物質(zhì)”

最近，刊登于國(guó)際雜志Nature Genetics上的一項(xiàng)研究報(bào)告中，來(lái)自格萊斯頓研究所（Gladstone Institutes）的科學(xué)家們通過(guò)研究開(kāi)發(fā)了一種新型工具對(duì)DNA“暗物質(zhì)”進(jìn)行了詳盡的解析，文章中研究者觀(guān)察了這些名為增強(qiáng)子的非編碼DNA的特殊片段，增強(qiáng)子扮演了基因表達(dá)“說(shuō)明書(shū)”的角色，其可以“口述”出基因被開(kāi)啟表達(dá)的時(shí)間和地點(diǎn)。

研究者Katherine Pollard博士指出，和許多疾病相關(guān)的遺傳性突變都發(fā)生在增強(qiáng)子中，這就使得對(duì)增強(qiáng)子的研究成為了未來(lái)研究的重點(diǎn)，在此之前，我們也進(jìn)行了大量研究來(lái)揭示增強(qiáng)子如何尋找其可以發(fā)揮作用的遠(yuǎn)端基因。

科學(xué)家們?cè)菊J(rèn)為增強(qiáng)子主要會(huì)影響其附近基因的表達(dá)，然而本文研究顯示，在一段DNA鏈上，增強(qiáng)子可以影響距其數(shù)百萬(wàn)個(gè)堿基外的基因的表達(dá)，即跳過(guò)附近基因?qū)h(yuǎn)端基因的表達(dá)產(chǎn)生影響；當(dāng)增強(qiáng)子距離其所影響基因較遠(yuǎn)時(shí)，其就會(huì)形成一種三維立體的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，就好象基因組中的“弓”狀結(jié)構(gòu)一樣。

利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)(machine learning technology)，研究人員分析了6種不同細(xì)胞類(lèi)型中成百上千個(gè)存在的數(shù)據(jù)庫(kù)信息，從而來(lái)尋找基因組中的基因和增強(qiáng)子相互作用的模式，研究者發(fā)現(xiàn)，許多存在于環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的模式都可以將增強(qiáng)子和基因聯(lián)系起來(lái)，而這種模式也可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是否基因和增強(qiáng)子的相互作用會(huì)在85%的時(shí)間里發(fā)生。

Sean Whalen博士表示，值得注意的是，我們可以預(yù)測(cè)來(lái)自相對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)中的復(fù)雜三維相互作用模式，此前并沒(méi)有人清楚揭示出立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵信息，而我們也很驚訝地發(fā)現(xiàn)這些信息對(duì)于研究非編碼DNA的作用至關(guān)重要。在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)來(lái)鑒別基因和增強(qiáng)子的相互作用模式會(huì)花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元以及大量時(shí)間，而新型的計(jì)算機(jī)方法非常便宜而且可以作為一種省時(shí)的方法來(lái)鑒別基因組中基因-增強(qiáng)子的作用方式。

這種新型工具可以幫助揭示DNA環(huán)狀結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制以及這種環(huán)狀結(jié)構(gòu)在疾病中如何破碎，當(dāng)前研究者可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)增強(qiáng)子的基因靶點(diǎn)，而這就可以將增強(qiáng)子的突變同其靶向作用基因相關(guān)聯(lián)起來(lái)，而這將為理解疾病發(fā)生的機(jī)制，以及開(kāi)發(fā)新型的疾病個(gè)體化療法提供思路和新的見(jiàn)解。