DNA环似乎寿命太短无法在基因表达中发挥重要作用

众所周知，DNA会形成环，并且这些环被认为会影响基因表达、重组和DNA修复。但根据一项新的研究，DNA环非常罕见且转瞬即逝。因此，可能需要重新考虑它们的功能作用。

麻省理工学院(MIT)的研究人员对DNA环进行了活细胞成像。研究人员利用计算分析来理解他们的观察结果，确定在一段基因组中，完全形成的环仅存在20-45分钟，即大约3-6%的时间。

“如果环只存在于细胞周期的这么短的一段时间内，而且寿命非常短，我们就不应该将这种完全环的状态视为基因表达的主要调节因子，”AndersSejrHansen博士说。麻省理工学院生物工程助理教授，也是这项新研究的领导者之一。“我们认为我们需要新的模型来解释基因组的3D结构如何调节基因表达、DNA修复和其他功能性下游过程。”

该研究的详细结果发表在《科学》杂志上，题为“活细胞成像揭示的CTCF和粘连蛋白介导的染色质循环动力学”的文章中。

“动物基因组通过CTCF和环挤压粘连蛋白折叠成环和拓扑关联域(TAD)，但环形成和稳定性的实时动态仍然未知，”该文章的作者写道。“在这里，我们使用超分辨率活细胞成像直接可视化小鼠胚胎干细胞中Fbn2TAD处的染色质循环，并通过贝叶斯推理量化循环动态。”

除了确定完整染色质环的罕见和动态性质之外，研究人员还发现大约92%的时间都存在部分挤压的环。事实上，通过将实验数据与聚合物模拟相结合，研究人员能够量化未循环、部分挤出和完全循环状态的相对范围。

研究人员推测，部分环在基因调控中可能比完全形成的环发挥更重要的作用。DNA链随着环开始形成然后分裂而相互延伸，这些相互作用可能有助于增强子和基因启动子等调控元件找到彼此。

“超过90%的时间，都会出现一些短暂的循环，大概重要的是让这些循环永远被挤压，”该研究的共同领导者、麻省理工学院的LeonidMirny博士说。医学工程与科学以及物理系。“挤压过程本身可能比只发生很短一段时间的完全循环状态更重要。”

由于基因组中的大多数其他环都比研究人员在本文中研究的环弱，因此他们怀疑许多其他环也将被证明是高度瞬态的。他们现在计划使用新技术来研究各种细胞类型中的一些其他循环。

“这样的循环大约有10,000个，我们已经研究了其中一个，”Hansen说。“我们有很多间接证据表明这些结果是可以推广的，但我们还没有证明这一点。使用我们建立的技术平台，该平台结合了新的实验和计算方法，我们可以开始研究基因组中的其他循环。”

“这种方法对于我们区分实验数据中的信号和噪声并量化循环至关重要，”该研究的另一位联合负责人、马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所的小组负责人ChristophZechner博士补充道。“我们相信，随着我们继续通过实验突破检测极限，此类方法对于生物学将变得越来越重要。”

研究人员计划研究特定循环在疾病中的作用。许多疾病，包括称为FOXG1综合征的神经发育障碍，可能与错误的循环动力学有关。研究人员目前正在研究FOXG1基因的正常形式和突变形式以及致癌基因MYC如何受到基因组环形成的影响。