新研究發現,人體基因組的三維結構對細胞快速應對炎症起到重要作用,但是對細胞類型的轉換過程卻不重要。這項研究拓展了科學家對基因的折疊方式與細胞功能之間的了解。

每個人體細胞內,長達2米的基因組以特定的方式緊湊地盤繞在細胞核內,縮減到只有不到10微米的長度。科學家已經知道,基因組的折疊不僅是為了緊湊,還起到讓原本間隔很遠的基因發生物理接觸的作用。這些因素都影響到細胞的功能。

基因組靠多種結構蛋白搭建成特定的三維結構。研究者注意到CTCF是其中最關鍵的一種,它與胚胎發育、DNA修復、細胞生命周期等關鍵過程都有關聯,而成為近年研究的熱點。

「如果把基因組比作一棟房子,CTCF蛋白就是支架,確定房子的形狀和內部房間的格局。研究CTCF幫助我們了解基因組結合的黏合劑,以及三維基因組結構在各種生命基礎過程內的作用。」這份近期發表在《自然-遺傳學》(Nature Genetics)期刊上的研究的負責人格拉夫(Thomas Graf)說。

這份研究發現,缺乏CTCF蛋白有損細胞應對炎症的能力。研究者稱,這是發現基因組三維結構與炎症相關的第一個例子。

但是研究者對CTCF在分化轉移過程中的作用存在疑惑。

分化轉移又稱譜系重編程,是指一個成熟體細胞在不經歷中間態的情況下,轉變為另一類型的成熟體細胞的過程,比如胰腺受傷後,胰腺α細胞轉變為分泌胰島素的胰島B細胞。為了觀察CTCF在這個過程中的作用,研究人員開發了一套B細胞被誘導轉化為巨噬細胞的系統。研究人員使用CRISPR基因編輯技術,破壞CTCF蛋白,觀察基因組三維結構的變化。

「我們意外地發現,不論是否存在CTCF蛋白,即使基因組形狀發生了改變,細胞都正常完成了分化轉移過程。」格拉夫說,「為了回答一個問題,又發現了另一個問題:還有哪些其他影響人類基因組立體架構的因素,對一種細胞轉變為另一種細胞至關重要?」

這份研究報告的第一作者斯蒂克(Gregoire Stik)說:「這些發現有助於了解在為甚麼某些情形下炎症反應受損,有些情況下增強。未來,它還可用於為炎症反應建模。我們知道CTCF的存在已經幾十年了,但是不明確它對基因組形狀和細胞功能所起的完整作用,還有很多藏在基因組裏面的秘密等待我們去發現。」◇