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从单细胞学习解开基因调控的新技术

导读 DNA的包装如何调节基因的活性?为了回答这个问题,Jop Kind 小组的研究人员(Hubrecht 研究所的小组组长和 Oncode 调查员)的 Franka R

DNA的包装如何调节基因的活性?为了回答这个问题,Jop Kind 小组的研究人员(Hubrecht 研究所的小组组长和 Oncode 调查员)的 Franka Rang 和 Kim de Luca 开发了一种同时测量基因表达和 DNA 包装的技术。这种名为 EpiDamID 的方法确定了 DNA 包裹在其周围的修饰蛋白质的位置。收集有关这些修饰的信息很重要,因为它们会影响 DNA 的可及性,从而影响基因活性。因此,EpiDamID 对于研究生物的早期发育很有价值。研究结果发表在Molecular Cell上。

为了使 DNA 适合细胞核,它被紧密地包裹在称为组蛋白的核蛋白周围。根据这种缠绕的紧密程度,DNA 可以(不)接近其他蛋白质。因此,这决定了基因表达、DNA 转化为 RNA 并最终转化为蛋白质的过程是否可以发生。

DNA包装决定基因活性

DNA 缠绕在组蛋白周围的紧密度是通过在组蛋白中添加分子组来调节的,即所谓的翻译后修饰 (PTM)。例如,如果将某些分子添加到组蛋白中,DNA 缠绕就会变松。这使得某些蛋白质更容易接近 DNA,并导致这部分 DNA 中的基因变得活跃或表达。此外,对基因表达至关重要的蛋白质可以直接识别和结合 PTM。这使得转录成为可能:DNA 复制的过程。

基因表达的调节,例如通过翻译后修饰,也称为表观遗传调节。由于身体中的所有细胞都具有相同的 DNA,因此需要调节基因表达以(去)激活单个细胞中的特定功能。例如,心肌细胞与皮肤细胞具有不同的功能,因此需要不同的基因来表达。

使用 EpiDamID 分析单细胞

为了了解 PTM 如何影响基因表达,第一作者 Franka Rang 和 Kim de Luca 设计了一种新方法来确定修饰的位置。使用这种称为 EpiDamID 的方法,研究人员可以分析单个细胞,而以前的方法只能测量一大群细胞。如此小规模的分析导致了解每个细胞的 DNA 缠绕如何不同,而不是关于许多细胞的平均 DNA 缠绕的信息。

EpiDamID 基于 DamID,一种用于确定某些 DNA 结合蛋白结合位置的技术。使用 EpiDamID,可以在单个细胞中检测特定 PTM 在组蛋白上的结合位置。与其他技术相比,这种技术的一大优势是研究人员需要非常有限的材料。此外,EpiDamID 可以与其他方法(例如显微镜)结合使用,以研究不同水平的基因表达调控。

前景

随着这项技术的发展,Kind 小组将从发育生物学的角度关注 PTM 的作用。由于使用 EpiDamID 分析单个细胞,因此只需要有限数量的材料即可生成足够的数据。这使研究人员能够研究生物体从第一次细胞分裂开始的早期发育,当时胚胎仅由少数细胞组成。

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