3D地图揭示了人类视网膜细胞内的DNA组织
国家眼科研究所的研究人员绘制了人类视网膜细胞染色质的组织图，这些纤维将 30 亿个核苷酸长的 DNA 分子包装成紧凑的结构，这些结构适合每个细胞核内的染色体。由此产生的综合基因调控网络提供了对罕见和常见眼病的一般基因表达和视网膜功能调控的见解。该研究发表在《自然通讯》上。
“这是视网膜调控基因组拓扑结构与与年龄相关性黄斑变性 (AMD) 和青光眼相关的遗传变异的首次详细整合，这是导致视力丧失和失明的两个主要原因，”该研究的首席研究员 Anand Swaroop 博士说.，高级研究员兼 NEI 神经生物学神经变性和修复实验室主任，该实验室是国立卫生研究院的一部分。
成人视网膜细胞是高度特化的感觉神经元，不会分裂，因此对于探索染色质的三维结构如何有助于遗传信息的表达相对稳定。
染色质纤维包裹着长长的 DNA 链，这些 DNA 链缠绕在组蛋白周围，然后反复循环形成高度紧凑的结构。所有这些循环都会产生多个接触点，其中编码蛋白质的基因序列与基因调控序列相互作用，例如超级增强子、启动子和转录因子。
这种非编码序列长期以来被认为是“垃圾DNA”。但更先进的研究证明了这些序列控制哪些基因被转录以及何时被转录的方式，揭示了非编码调控元件发挥控制作用的具体机制，即使它们在 DNA 链上的位置远离它们所调控的基因。
研究人员使用深度 Hi-C 测序(一种用于研究 3D 基因组组织的工具)创建了一张高分辨率地图，其中包括视网膜细胞染色质内的 7.04 亿个接触点。地图是使用来自四名人类捐赠者的死后视网膜样本构建的。
然后，研究人员将该染色质拓扑图与视网膜基因和调控元件的数据集进行整合。出现的是随着时间的推移染色质内相互作用的动态图，包括基因活动热点和与 DNA 其他区域不同程度绝缘的区域。
他们在视网膜基因上发现了不同的相互作用模式，这表明染色质的 3D 组织如何在组织特异性基因调控中发挥重要作用。
“拥有如此高分辨率的基因组结构图片将继续为组织特异性功能的遗传控制提供见解，”Swaroop 说。
此外，小鼠和人类染色质组织之间的相似性表明跨物种的保护，强调了染色质组织模式与视网膜基因调控的相关性。超过三分之一(35.7%)的基因对通过小鼠的染色质环相互作用，在人类视网膜中也是如此。
研究人员将染色质拓扑图与从全基因组关联研究中确定的遗传变异数据整合在一起，这些变异与 AMD 和青光眼有关，这是导致视力丧失和失明的两个主要原因。研究结果指出了与这些疾病有关的特定候选致病基因。
整合的基因组调控图谱还将有助于评估与其他常见视网膜相关疾病(如糖尿病视网膜病变)相关的基因，确定缺失的遗传力，并了解遗传性视网膜和黄斑疾病中的基因型-表型相关性。
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