探究人类基因组的3D形状对免疫力强弱的影响

  探究人类基因组的3D形状对免疫力强弱的影响

  根据今天发表在《Nature Genetics》杂志上的研究,人类基因组的三维结构对于提供快速而有力的炎症反应是必不可少的,但对于将一种细胞类型重新编程为另一种细胞类型却出人意料地不重要。这一发现揭示了基因组折叠方式与细胞功能之间的基本关系。

  每个人类细胞都有一根两米长的基因组,在细胞核内它们被压缩成10微米。折叠不仅仅是一个包装基因组的解决方案,它还帮助基因与其他基因或一个可能位于染色体上相当远的调控元件进行物理接触,这对细胞功能至关重要。

  基因组的精确三维结构是由结构蛋白编织在一起的。CTCF是这些结构蛋白中最突出的一种。总的来说,它有助于形成基因组的整体三维结构,包括胚胎发育、DNA修复和细胞周期等密集研究领域的许多其他重要过程与之有关。

  “如果你把基因组的结构看作一座房子,CTCF就是分隔房间空间和塑造建筑的支架,”研究的资深作者、巴塞罗那基因组调控中心的小组负责人Thomas Graf说。“研究CTCF有助于我们理解将基因组结合在一起的粘合剂,并通过代理来说明三维基因组结构在生命中各种基本过程中的作用。”

  CTCF在转分化中的作用尤其有争议。这是当一个细胞在没有经历中间状态的情况下重新编程为另一种类型的细胞,例如胰腺损伤后,胰腺α细胞就会转变为分泌胰岛素的β细胞。

  为了研究这一点,巴塞罗那基因组调控中心(CRG)的研究人员开发了一种独特的系统,可以将人类B细胞诱导成巨噬细胞。为了揭示CTCF在这一过程中的作用,他们使用CRISPR基因组编辑工具降解蛋白质,并研究随着细胞命运的变化,基因组组织的变化。

  Thomas说:“令我们非常惊讶的是,细胞分化在有或没有CTCF的情况下都能继续进行,尽管人类基因组的形状发生了变化!”参与人类基因组三维结构的其他因素对一个细胞转化为另一个细胞是必不可少的吗?研究人员不确定了。

  然而,在细菌内毒素存在的情况下,CTCF耗竭会削弱细胞产生全面炎症反应的能力。这是科学家首次发现三维基因组结构与炎症之间的联系!

  “我们的研究结果可以帮助我们理解为什么炎症反应在某些情况下会受损或被夸大,”该论文的第一作者、基因组调控中心的博士后研究员GregoireStik说。“在遥远的将来,它甚至可能被用来模拟炎症反应。”

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