在基因组中断
即使所有基因保持完整，基因组中的破裂和重排可能导致严重疾病。Hi-C，一种映射染色体三维结构的方法，承诺更可靠和准确地诊断这种缺陷，但尚未在临床中使用。Max Planck分子遗传学研究所和Charité-UniversitätsMETMEZIN柏林研究人员团队由人遗传学家Malte Spielmann和Stefan Mundlos与Hi-C方法分析了来自遗传发病障碍患者的临床样本。
已经，基因组中的一个突变可能具有严重后果。然而，对新位置的大部分基因组或其搬迁的丧失也可能具有戏剧性的影响。通常，具有这种缺陷的细胞甚至不可行，因为基因的丧失或变化导致重要功能的损失。
即使所有基因在染色体断裂后保持完整，也可能发生严重的问题。负责控制其他基因的DNA段可以达到错误的位置，在错误的时间或地点激活基因。因此，可能会出现癌症，神经变性疾病或发育障碍。
检查基因组的环
尽管遗传检测中的巨大进展，但这种疾病的遗传原因的鉴定仍然困难。“在大约一半的病例中，遗传诊断是不可能的，将患者带来问题的起源的不确定性，”来自Max Planck分子遗传学研究所和Charité - Univeritätsmedizin柏林的Stefan Mundlos说。“在某些情况下，均匀测序整个基因组并没有帮助。”
由于人类遗传学家领导的团队Stefan Mundlos和Malte Spielmann描述了当前的问题美国人遗传学杂志，来自基础研究的方法可以在未来的某个时期提高临床诊断。研究人员将一种称为“HI-C”（高通量染色体构象捕获）的方法应用于来自染色体重排患者的发育障碍患者的样本。Hi-C分析显示，基因组的哪些部分在细胞核中彼此接近。染色体重排可以改变这些相互作用模式，因此可以在分析中看到。
该团队审查了临床样本来自染色体破裂的血液，皮肤和羊水，染色体破裂，但没有损伤已知基因。“我们问道，我们可以使用HI-C再现临床发现，或者我们甚至可以看到更多吗？”Spielmann说，他们与Mundlos一起带领研究。“事实上，结果比我们预期的结果要复杂得多。”
HI-C解体高度紊乱的染色体
染色体缺陷的经典分析是通过核心线进行的，这是染色染色体的微观视图。另一种称为比较基因组杂交的方法，适用于荧光DNA片段，更精确地显示了基因组中的间隙和重复性。然而，两种方法都相对粗糙。“当粗糙的规模出现问题时，它是可见的，但很难说出究竟是什么错误，”UiráSoutoMelo说。他与Rocio Acuna-Hidalgo和RobertSchöpflin一起是本出版物的第一个作者。
科学家解释说，不仅可以看出基因组中的断裂，而且还存在哪些DNA分子的部分在细胞核中彼此紧密接触。“DNA不随机包装在核中”，“Melo解释道。“相反，DNA具有令人难以置信的良好组织，具有多种级别的组织和高度明确的领土，尽管乍一看但它看起来并不像那样。”到目前为止，Hi-C方法是准确地映射众多吊索和循环的唯一方法。
循环和三角形
通过用化学物质将它们彼此永久地系在一起，然后将基因组分段并最终测序小块来对患者的细胞进行HI-C在患者的细胞上进行HI-C。最初在细胞核中接近的片段在后面的测序中一起发生。
在生物信息化分析之后，触点的频率在所谓的热图中可见，其中每个点的颜色强度代表两个的频率基因组区域在样本中触摸。“该区域内具有强烈触点的基因组的部分和朝向邻近区域的一些绝缘在热图中表现为特征三角形，”BioinformaticianRobertschöpflin说。“这些地区在DNA内形成大型环，这在功能组织调节序列和基因中起重要作用。”这些地区称为“拓扑相关域”（TADS）;它们代表了三维空间中高相互作用的区域。
边界的重要性
染色体破裂常常导致染色质域的破坏，有时会产生严重的影响。“想象一下这些域作为玻璃罐中的腔室 - 在单个腔室中用油，水和盐，”Melo说。“当它们之间的边界破裂时，内容混合物和每个腔室中的组成明显变化。”
类似地，没有TAD边界，从一个域溢出到另一个域的控制功能，作为来自DNA环路的调节序列影响它们在不负责任的环中的基因。这可能导致错误调节剂的异常激活基因。“当移除分离两个结构域的边界或将两个结构域的含量交换时，通常在显影肢体中的基因可以被激活，例如，在大脑中，”科学家说。
在检查的临床样本中，该团队不仅能够确认现有的发现并指定错误组织的TAD环路的效果。他们甚至发现了古典诊断所忽视的一些额外休息。
诊所的道路
“为了能够在诊所使用HI-C明天将是一个梦想，”Melo说。“但不幸的是，它是不可能的。”该方法仍然太昂贵并复杂常规测试。然而，科学家以相对较新的方法看到了很多优化的潜力。研究人员表示，可以改善许多实验室工作，可以提高算法，可以减少测序。“现在，我们必须与世界各地的人类遗传和医学的同事联系，以便将该实验室技术转化为真正的诊断方法。”
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