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近日来自美国哈佛-麻省理工的博德研究所、霍华德•  休斯医学研究所、麻省总医院和哈佛医学院等机构的研究人员在新研究中利用一种新技术揭示了染色质调控蛋白以特异性组合的方式参与调控染色质的结构和活性的机制。相关研究论文于12月23日发表在《细胞》（Cell）杂志上。

   

领导这一研究的是来自麻省总医院和哈佛医学院病理学系副教授、博德研究所资深研究员Bradley  Bernstein以及博德研究所核心成员、麻省理工学院副教授Aviv  Regev。

   

“我们知道许多不同的染色质调控因子参与操纵了染色质的结构和活性，然而一直以来对于这些调控因子作用机制却并不是很清楚，”博德研究所表观基因组学项目负责人Charles  Epstein解释说。

   

“我们希望能够找到一种途径来研究这些染色质调控因子的组合机制，”文章的共同第一作者、麻省总医院和博德研究所博士后研究员Alon  Goren说。尽管过去的十年来，研究人员获得了大量关于组蛋白修饰及其对染色质影响的信息数据，在多种细胞类型中证实了组蛋白修饰对基因、蛋白质及酶的调控作用。然而对于这些因子和复合物是如何增加、消除及维持组蛋白修饰的机制仍知之甚少。Goren补充说：“新研究为我们提供了一种了解染色质调控的新的系统性的方法。”

   

在这篇文章中，研究人员开发出了一种称为“ChIP-string”的新技术，将常规的染色质分析技术“染色质免疫沉淀法”与研究基因表达Nanostring  nCounter分析系统相结合。利用这一技术对两个不同细胞系中的染色质调控因子进行了全面筛查分析。“利用新技术，我们对两种不同人类细胞系中的30种染色质调控因子进行了研究，揭示了这些因子以一种高效组合的方式协同发挥功能。”

   

研究小组发现这些调控因子以特定的方式组合形成模块从而协同发挥功能。研究人员在癌细胞系中发现了6种不同的模块。在这些模块中，特异性的激活因子与抑制因子相互组合就像相互连接的齿轮一样协同发挥作用，从而表现出双功能特性。Goren  解释说：“我们在染色质的调控区域发现了这种模块化和双功能性特征，我们认为该机制有可能对细胞起着重要的微调控作用。”

   

在进一步的统计学数据分析中，研究人员发现一种调控因子实际上可参与组合多种不同的模块，差别只是其中一些组合力较强，而另一些较弱。“根据组合的不同，调控因子表现出不同的活性，”Goren说。

   

谈到下一步的计划，研究小组表示他们希望能根据染色质调控因子的活性分类来推测出组蛋白的修饰模式。利用RNAi技术，他们将进一步通过敲除染色质调控模块元件的方式研究这些因子的功能及影响。“这使得我们能够更深入地从功能上了解当某些特异的染色质调控因子功能受扰时将要发生的分子事件，”Epstein说。（来源：生物通  何嫱）



在人类基因组序列首次发布10年之后，研究人员发现关于影响基因功能的机制的新线索。Bradley  Bernstein和Aviv  Regev领导的研究小组集中研究染色质---与DNA相结合的促进基因表达的非基因物质---和协调染色质活性的特异性调节物，其中Bradley  Bernstein是马萨诸塞州总医院和哈佛医学院病理学副教授，也是布洛德研究所(Broad  Institute)的准会员，而Aviv  Regev是布洛德研究所核心成员，也是麻省理工学院副教授。布洛德研究所表观基因组计划(Epigenomics  Program)经理Charles  Epstein解释道，“我们知道很多不同的染色质调节物指导染色质结构和活性。”但是这些这些调节物如何操作的细节人们一直不清楚。



根据2011年12月23日发表在《细胞》杂志上的一篇研究论文，研究小组发现染色质调节蛋白的特异性组合控制比较重要的染色质活性，比如组蛋白修饰。组蛋白是组成染色质的非基因物质的一部分。通过修饰这些蛋白，染色质影响内在的DNA遗传密码如何翻译。



共同第一作者Alon  Goren是马萨诸塞州总医院和布洛德研究所的一名博士后，他说，“我们想发现一种方法来研究调节染色质的蛋白因子组合”。过去十年以来，研究人员已发现大量关于组蛋白修饰及其对染色质影响的重要性的新信息。科学家们已经在很多细胞类型中证实组蛋白修饰与基因、蛋白和酶调节之间存在广泛关联。Goren补充道，“但是我们对增加、移除和维持这些组蛋白修饰的我们称作染色质调节物的蛋白因子和复合物的认识仍然不深。这篇研究展示了一种系统性方法来理解它们在染色质调节上的功能。”



通过设计一种新技术ChIP-string，即将一种研究染色质的标准方法即染色质免疫沉淀(chromatin  immunoprecipitation,  ChIP)和Nanostring公司nCounter分析系统(Nanostring  nCounter  Analysis  System)平台结合在一起用于研究基因表达，研究小组开发出一种筛选方法在两种不同细胞类型中研究研究染色质调节物。共同第一作者Oren  Ram是  Bernstein实验室的一名博士后，他补充道，“这种方法允许我们以一种非常强有力和有组织的方式了解到在两种人细胞类型---一种癌细胞系和胚胎干细胞中30种染色质调节物是如何工作的。通过这种方式，我们了解到很多关于它们的组装和它们彼此间关联方式的信息。”



特别地，研究小组发现染色质调节物以模块(module)或成组的方式一起运作。在癌细胞系中，他们检测到6个不同的模块，而且在每个模块内发现双功能性(bifunctionality)：特定激活物和抑制物一起在运转，就像是齿轮相互啮合在一起。Goren解释道，“我们发现染色质调节区域中的这种模块性和双功能性。我们认为这有助于细胞进行微调调控，就像精致刻度盘一样，能够按照需要进行调节。”



再者，研究人员观察到统计学证据：同样的调节物能够参与到不同组中或或者说将不同组连接在一起。这本质上不是物理结合(physical  association)---尽管可能也才存在---，而是人们要理解调节物能够根据它们的功能加入到很多不同的组。一些结合是非常强的，而其他的结合则是比较弱的。Goren说，“根据复合物中调节物的不同，它的活性可能也是不同的。这有点类似于告诉我谁是你的朋友，而我则告诉为了谋生该做什么。”



展望未来，研究小组希望根据染色质调节物活性的类型预测组蛋白修饰模式。通过利用RNAi技术，他们将研究移除一个染色质-调节物模块中一个组分的影响。Epstein补充到，“这将允许我们从功能上理解当干扰特定染色质调节物出现时会发生什么。”



如今大量的癌症基因组研究正发现特定染色质调节物发生突变。提出在癌症治疗中使用染色质调节物--所谓表观遗传调节物---的抑制物的观点也是非常令人振奋的。Epstein说，“我们的论文为研究染色质调节复杂性打开一片新天地。通过详细描述这种复杂性，我们希望在癌症中特异性突变和这是否可能产生更好的诊断和治疗方法方面获得新的启示。