Cell：中美科學家開發出CAPTURE技術原位分析染色質相互作用

2017年8月26日/

BIOON/---在一項新的研究中，來自科學院上海生命科學研究院、復旦大學、清華大學和美國德克薩斯大學的研究人員開發出一種新的系統來鑒定和描述控制人基因組中的調節性DNA序列活性的分子組分。相關研究結果發表在2017年8月24日的Cell期刊上，論文標題為「In Situ Capture of Chromatin Interactions by Biotinylated dCas9（利用生物素化的dCas9原位捕獲染色質相互作用）」。論文通信作者為復旦大學生物醫學研究院周鋒（Feng Zhou）研究員和德克薩斯大學西南醫學中心的徐劍（Jian Xu）教授。

人基因組包含所有蛋白編碼基因，具有將近30億個鹼基對。儘管具有比較大的基因組大小，但是僅2%的人基因組編碼蛋白。剩下的98%的人基因組由調節著這些蛋白編碼基因在何時和何處激活的非編碼區域組成。人體

學和癌症基因組研究已反覆地將這些非編碼區域鑒別為癌症等人類疾病的潛在促進物。

更好地理解這些調節區域和指導基因何時開啟和關閉的基本原則對發現疾病如何產生和發現新的療法是有必要的。然而，鑒定這些非編碼區域和理解它們如何發揮作用的工具是有限的。它們需要之前鑒定出調節這些區域的蛋白因子，依賴於獲得抗體等試劑，而且經常需要複雜的基因操作。

由這些研究人員開發出的這種新的系統為深入研究這些調節性序列元件鋪平道路。這種系統被稱作CAPTURE（CRISPR Affinity Purification in situ of Regulatory Elements, 原位CRISPR親和純化調節元件），提供一種同時分離基因組序列結合蛋白以及研究它們與RNA和DNA之間的相互作用的方法。

CAPTURE讓人們分離和分析調節著人DNA的所有因子的能力為研究不同的蛋白如何控制癌細胞和

中的基因組功能提供多種可能。這也為發現新的藥物靶標提供一種全新的途徑。

CAPTURE方法是通過改變CRISPR基因組編輯系統的用途而被開發出來的。CRISPR系統包括Cas9蛋白，即一種經嚮導RNA（gRNA）引導結合到靶DNA上的酶。CAPTURE的工作機制是利用gRNA將一種失活的Cas9版本（dCas9）引導到研究人員想要研究的DNA序列元件上，而且dCas9接受生物素標記。隨後，生物素化的dCas9---與其他的蛋白、RNA和跟dCas9在染色體上的位置相關聯的DNA序列一起---經過鏈霉親和素親和純化，就能夠被分離出來和接受研究。這就使得鑒定和描述整個基因組中的調節區域和與這些調節區域結合的蛋白成為可能。

作為概念研究，這些研究人員利用CAPTURE方法成功地鑒定出很多已知的和新的人

結合蛋白。

是短的位於染色體末端的重複DNA序列，保護著我們的染色體免受磨損或與附近的染色體融合在一起。接著，他們在人血細胞中發現了調節異常的β-珠蛋白基因表達的新機制。β-珠蛋白是血紅蛋白的一個至關重要的亞基，而血紅蛋白負責我們的肺部和身體組織之間的氧氣和二氧化碳交換。β-珠蛋白基因表達變化與

性血紅蛋白疾病（如鐮狀細胞疾病）相關聯。當前，鐮狀細胞疾病影響著世界5%的人口。

利用CAPTURE對基因組開展無偏差的分析為生物醫學科學家們提供一種強大的新工具來闡明背後的調節機制。這種新的工具將加快人們對人基因組和多種疾病中的基因變異的理解。（生物谷 Bioon.com）

Xin Liu, Yuannyu Zhang, Yong Chen et al.

. Cell, 24 August 2017, 170(5):1028–1043, doi:10.1016/j.cell.2017.08.003