令人驚嘆的 3D 地圖揭示了生命開始前 DNA 的組成

新研究發表於 自然遺傳學 長期堅持這一假設的挑戰。 Juanma Vaquerizas 教授及其同事報告說，基因組在早期階段就已經顯示出意想不到的組織水平。該團隊開發了一種名為 Pico-C 的新技術，使科學家能夠詳細檢查基因組的 3D 結構。利用這種方法，他們發現早在整個基因組被活化（稱為合子基因組活化的里程碑）之前，DNA 的 3D 支架就已經形成。

這種早期的折疊模式不僅僅是一種結構上的好奇心。 DNA 在空間中的排列方式決定了哪些基因可以在發育過程中被活化。這種控制對於正常的細胞功能至關重要，並有助於預防發育異常和疾病。

該研究的主要作者諾拉·梅齊亞克（Nora Meziak）解釋說：“我們過去認為基因組甦醒之前的時期是一段混亂的時期。” “但通過比以往任何時候都更近的放大，我們可以看到它實際上是一個非常受控的建築工地。早在安裝完全打開之前，基因組模組化的方式就以精確、”

Pico-C 技術繪製果蠅 DNA 摺疊圖

這項發現是利用果蠅（果蠅）得出的，果蠅是一種廣泛用於遺傳學研究的模式生物。在受精後的最初幾個小時內，果蠅胚胎迅速分裂其細胞核，在短時間內產生數千個細胞。這種快速的演化速度使其成為研究基因組如何建構和調控的理想系統。

研究人員利用高度靈敏的 Pico-C 方法繪製了早期階段果蠅基因組的三維排列圖。他們發現DNA按照標準模式捲曲和折疊，從而允許不同的調節訊號影響基因組的特定區域。這種複雜的結構確保遺傳訊息在需要時準確地準備和定位以激活。

除了提供 DNA 結構的詳細圖像外，Pico-C 僅需要非常小的樣本——比標準技術少約十倍的材料。這種效率使得更精確地研究 DNA 折疊如何影響基因調控以及這種結構的擾動如何導致疾病成為可能。

當人類細胞中的基因組結構崩潰時

儘管這種結構「藍圖」首先是在果蠅中發現的，但它的重要性也延伸到了人類生物學。在發表於的一項附帶研究中 正常細胞生物學 在瑞士蘇黎世聯邦理工學院 Ulrike Kutai 教授和合作者的領導下，研究人員將相同的高解析度繪圖策略應用於人類細胞。

他們研究了當穩定基因組三維結構的分子「穩定劑」被移除時會發生什麼。結果是驚人的。當這種結構框架崩潰時，人類細胞將崩潰解釋為好像受到了病毒攻擊。這種誤解會導致細胞的先天免疫系統激活，產生可能導致發炎和疾病的誤報。

「這兩項研究講述了一個完整的故事，」胡安瑪說。 「第一個向我們展示了基因組的三維結構是如何在生命之初精心構建的。第二個向我們展示瞭如果允許這種結構崩潰，將對人類健康造成可怕的後果。”

這項研究由醫學研究委員會和醫學科學院 (AMS) 透過 AMS 教授獎資助。