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人体内的所有组织都是由蛋白质组成的，对于每种蛋白质，人类基因组中都有一段“编码”它的DNA，或描述产生它的氨基酸序列。但是这些编码区仅构成基因组的约1%，并且在其他99%中分散的是参与调节基因表达或确定哪些编码区将被翻译成蛋白质的序列。什么时候。
在最新一期的“ 自然生物技术 ” 杂志上，麻省理工学院和哈佛医学院的研究人员描述了一种新的技术，用于系统地但有效地搜索长基因组的监管元素。在他们首次应用该技术时，他们发现了当前关于基因调控的思考不完整的证据。
麻省理工学院电子工程和计算机科学教授，新论文的高级作者之一David Gifford说：“常规检测方法已经切断了基因组的一小部分，并询问它们是否足以驱动基因表达。” “这有两个局限性。首先，可能是基因激活的某些东西足够，但这并不意味着它是必要的。反之亦然：如果有必要，可能还不够。所以这些分析真的没有透露基因组DNA功能的完整故事。“
“这些检测的另一个问题是它们不是在原生环境中完成的，”Gifford补充说 - 也就是说，切除的DNA片段不在基因组内的正常位置。“我们感兴趣的是使用直接测定，揭示基因组序列在其原生环境中的必要性 - 在细胞中，在它通常所在的基因组中的位置。我们在正常功能的位置进行突变。”
Gifford小组的博士后Nisha Rajagopal是该报的第一作者。哈佛医学院的研究员理查德·舍伍德是另一位资深作者，他们与吉福德和舍伍德小组的其他七位研究人员一起参加。
无标记的路径
近年来，鉴定基因组中调控元件的主要技术之一是使用所谓的组蛋白标记。在细胞中，DNA通常被包裹在称为组蛋白的蛋白质周围的紧密线圈中。组蛋白的末端经常具有修饰 - 例如添加乙酰基或甲基。
这些修饰是组蛋白标记，并且某些标记似乎与抑制或促进基因表达有关。生物学家发现组蛋白带有这些标记，将包裹在其周围的DNA切片切片，并对DNA进行测序。当他们在基因组图谱中找到相应的序列时，他们可以开始进行狭窄的靶向实验以试图鉴定调控元件。
然而，麻省理工学院和哈佛大学的研究人员的技术已经确定了基因组区域似乎在基因调控中起着至关重要的作用，但之前并未与组蛋白标记相关联。“科学总是受到一系列假设的影响，”吉福德说。“在我看来，整个研究表明，仔细考虑我们的假设是很重要的。它并没有明确地反驳这些假设，但它在某种意义上要求进一步探索基因组功能的必要性。”
Gifford及其同事的技术是CRISPR基因编辑系统的应用。CRISPR是一种切割DNA的方法; 研究人员找到了一种方法，可以在感兴趣的蛋白质编码区周围定期间隔这些切口。在这篇新论文中，他们报告了一些实验，在这些实验中，他们在四个已知蛋白质编码区域的每一个周围搜索了成千上万个碱基对或DNA字母的跨度。
RNA指南
为了定期进行切割，研究人员设计了4,000种指导RNA，这种小型生物分子将CRISPR切割酶导向基因组中的正确位置。
在研究人员的实验中，指导RNA是在细胞内制造的。对于所有的指导RNA，研究人员构建了DNA模板，细胞自然吸收。平均而言，每个DNA模板显示在约1,000个细胞中。每个细胞将一个DNA模板转换成指导RNA，导致CRISPR切割酶进入基因组中的特定位置。
在每个位置，CRISPR酶切割DNA。当细胞试图修复这些切口时，修复部位的DNA序列变得乱码。在某些情况下，花边防止细胞产生适当的蛋白质，表明功能重要的区域。
研究人员随后进行了第二组实验，仅针对这些区域，以确定其修饰中断蛋白质产生的精确序列。在他们研究的四种蛋白质编码序列的每一个周围，他们发现了大约1,000个碱基对的多个区段，显示出强烈的调节活性迹象，但组蛋白标记先前未发现。
可能是，吉福德说，这些延伸仅存在于一部分细胞中，并且它们实际上与组蛋白标记有关; 识别组蛋白修饰的标准技术依赖于细胞群体的平均测量值，因此可能会遗漏异常值。Gifford，Rajagopal及其同事正在继续调查这些地区，以确定它们的内容。
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