DNA三维结构是如何立起来的

DNA复杂且有规律的三维结构是如何建立起来的？上海交通大学系统生物医学研究院比较生物医学研究中心吴强教授团队新近发现，一种被称为CTCF的绝缘子结合蛋白起了关键作用。相关研究论文近日发表在《细胞》杂志上。专家认为，该研究为进一步认识三维基因组的结构、功能以及疾病发生发展奠定了重要基础，将推动转化医学研究，对疾病的精准医疗具有重要意义。

人类基因组编码的遗传信息决定了组织器官发育和大脑功能，但我们对人类基因组30亿碱基对序列中蕴藏的遗传信息认识还远远不够。人类基因组包含十几万个绝缘子结合蛋白CTCF结合位点，CTCF蛋白通过结合位点参与建立复杂而有序的DNA相互作用网络。CTCF在DNA调控元件之间进行染色质环化中起到重要的连接作用，被形象称为“基因组的纺织工”。

吴强团队利用前期开发的DNA片段CRISPR遗传编辑技术，通过原位反转CTCF位点，发现在原钙粘蛋白基因簇中，CTCF蛋白识别其靶向DNA元件具有方向性。这种蛋白质识别DNA调控元件的方向性决定了染色质高级拓扑结构域的建立和增强子与基因启动子的特异性相互作用，并影响基因的时空表达模式。

科研人员在珠蛋白基因簇中进行了原位DNA片段遗传操作，发现位于上游正向的CTCF位点与位于下游反向的CTCF位点的DNA序列能够进行特异性长距离染色质环化，形成特异的染色质高级拓扑结构域，即基因组的线性一级结构能够决定其立体高级拓扑结构。

科研人员利用计算生物学方法揭示出，这个一维基因组线性DNA序列决定三维基因组高级拓扑结构的自然规律，在整个人类基因组中具有普遍适用性。