基因遠程作用指基因組中的基因在一定的時間、空間相互影響，對遠程目標基因進行激活或者抑制作用。
基本介紹
- 中文名：基因遠程作用
- 外文名：Genetic distance interaction
- 套用學科：分子生物學
- 影響：時間、空間相互影響
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基因遠程作用
中文名稱：基因遠程作用
英文名稱：Genetic distance interaction
簡介
隨著人類基因組計畫的完成，大量基因被發現和定位，基因相互作用問題將成為研究的熱點，現在相互作用的研究有幾個方向：（非）等位基因相互作用，蛋白相互作用，蛋白-核酸相互作用。但是兩個遠距離基因之間的相互作用關係仍然沒有被揭示。近日，華中農業大學阮一駿教授研究組揭示了基因如何相互作用影響，包括遠程相互作用的機制，這將有利於科學家們深入了解人類基因工作的原理，以及探索相關疾病的遺傳機制。相關論文發表在《細胞》（Cell）雜誌上。
研究現狀
複雜疾病是由多對微效基因與環境因素共同作用所致, 具有明顯的遺傳異質性、表型複雜性及種族差異性等特徵。複雜疾病在人群中的發病率很高,嚴重影響人類的身心健康, 如糖尿病、癌症、中風、心臟病、抑鬱症、哮喘、自身免疫疾病等。目前最為流行的複雜疾病研究手段是基於單個位點的全基因組關聯分析。由於複雜疾病的發病機制十分複雜,往往是由多個位點共同作用而導致的, 所以相當部分單個位點的作用可能很微弱以致很難被全基因組關聯分析所發現。因此, 對於基因-基因相互作用的分析是一種潛在的解決方法。
研究方法
核酸適體技術
核酸適體(aptamer)指的是經過一種新的體外篩選技術——指數富集配體系統進化(systematic evolution of ligandsby exponential enrichment，SELEX)，從隨機單鏈寡聚核苷酸文庫中得到的能特異結合蛋白質或其他小分子物質的單鏈寡聚核苷酸，可以是RNA 也可以是DNA，長度一般為25~60個核苷酸。核酸適體所結合的靶分子範圍非常廣泛，除蛋白質之外，還能作用於酶、生長因子、抗體、基因調節因子、細胞黏附分子、植物凝集素、完整的病毒顆粒、病原菌等。
生物信息學方法
生物信息學是在生命科學的研究中，以計算機為工具對生物信息進行儲存、檢索和分析的科學。它包含著生物信息的獲取、處理、存儲、分配、分析和解釋的所有方面。具體地說，生物信息學是用數理和信息科學的觀點、理論和方法去研究生命現象，組織和分析呈現指數增長的生物學數據的一門學科。利用胺基酸序列的保守性構建計算機算法來預測DNA複合體中DNA的結合位點。
相互作用的熱力學方法
核酸相互作用的熱力學數據有序列、結構和一些熱力學參量(如分裂常數、結合常數、吉布斯自由能的轉換、焓和熱容量、活性)等信息。
生物晶片技術
生物晶片技術是基於生物大分子間相互作用的大規模並行分析方法，使得生命科學研究中所涉及的樣品反應、檢測、分析等過程得以連續化、集成化和微型化，現已成為當今生命科學研究領域發展最快的技術之一。目前的生物晶片主要有核酸晶片、蛋白質晶片和糖體晶片等幾大類。
納米技術
納米技術(nano scale technology) 是一門在0.1~100nm 空間尺度內操縱原子和分子，對材料進行加工、製造具有特定功能的產品、或對某物質進行研究，掌握其原子和分子的運動規律和特性的嶄新高技術學科。核酸等生物大分子的大小也是在納米尺度，隨著科學技術的快速發展，越來越多的納米技術被用來研究生物大分子。目前使用較新的技術是利用納米孔技術來進行研究。
DNA元件對基因調節
大片斷基因複合物經常使用順式DNA作用元件來確定對基因活性的適當的調節。這些長片斷基因複合物中的轉錄增強子遠距離激活啟動子，然而卻很少有人研究過這些遠距離相互作用的機制。來源於果蠅雙胸複合物的Abd-B區域的啟動子靶向序列（PTS）可以促進增強子啟動子的相互作用。研究者研究證明PTS能夠克服增強子抑制型的絕緣子的作用，並且可以促進一個遠程增強子的作用，將轉錄活性僅僅限制在兩個有效啟動子的其中一個上面。研究者又證明：PTS能夠克服多個絕緣子的作用。研究者假設PTS可以在增強子和啟動子之間建立一個穩定的染色質結構，這個結構可以推動並且限制一個增強子到單個啟動子上。這些發現為研究PTS的作用機制提供了有力的工具，並為揭示增強子一啟動子相互作用和絕緣子相互作用機制的基本問題提供了一個新的突破口。
最新進展
Extensive Promoter-Centered Chromatin Interactions Provide aTopological Basis for Transcription Regulation.
受聘為華中農大“千人計畫”專家的阮一駿教授，其研究組一直從事基因組空間結構方面的研究，曾建立了世界先進的基因組學研究方法體系——全基因組雙末端標記測序系統（Paired-End-Tag，簡稱PET）。
真核生物的染色體是由一系列各自獨立，又高度有序的染色質結構域構成。這些結構域就是一些獨立的基因表達調控單位，在真核生物的基因表達調控扮演著重要的角色，比如DNA拓撲結構變化、DNA鹼基修飾變化、組蛋白變化等都具有重要的調控作用。但是至今科學家們對於染色體構架在基因調控中的作用，了解得還很少。在這篇文章中，研究人員利用阮一駿教授開發的新技術：ChIA-PET，完成了一項重要的基礎性研究工作，揭示了人類細胞中基因調控的一些基礎性機制。
ChIA-PET(Chromatin Interaction Analysis using Paired End Tag sequencing)分析方法是一種新型的測序方法，其中PET是一種革新性的基因測序方法，這種方法能幫助解決新一代測序平台閱讀長度較短的缺點問題，利用多種套用的配對末端標籤測序——PET測序，從超高通量測序的常DNA片段末端引出短的配對標籤，從而就能精確地繪製基因組。
目前不少研究表明，遠離控制這個疾病基因的基因組區域也對這個基因調控疾病方面有重要作用，那么這是如何實現的呢，研究人員認為染色質相互作用，即DNA上的三維摺疊幫助這些距離遠的區域調控基因表達。為了證實這一觀點，阮一駿教授研究組進行了長期持續的研究分析。
這項新發現就揭示出，雖然人類基因組中的基因相互相隔甚遠，但是相關的基因實際上能通過長距離的染色體相互作用，以及高度有序的染色體構架，有序的進行組織。這表明人類細胞中存在一種類似細胞操縱系統的拓撲學機制，能幫助轉錄調控，而這種拓撲調控機制也有助於解析人類基因中的遺傳元素。
美國聯合基因組研究所主任Edward Rubin評論這一成果，認為“這項由阮一駿博士完成的研究成果”，“解決了基因之間，以及開啟或者關閉基因的人類基因組元件之間，如何相互溝通的基礎性問題。他們利用一種稱為ChIA-PET的DNA圖譜技術，從三維結構上揭示了人類基因組中基因，如何在恰當的時間裡相互影響，基因激活的。我認為這項成果將會很快從基礎科研文獻中，進入課本，幫助學生們更好的理解人類基因組的操控原理。而ChIA-PET技術，作為人類基因組探索的‘望遠鏡’，也將成為一種具有創新性，重要的分子分析工具”。
人類基因組功能元件的深入理解，需要對個體基因組和染色體結構的詳細巡查和比對，這就需要對DNA測序的通量和花費進行改進。新一代測序平台將是低花費和高通量的，但其閱讀長度較短。這一限制的直接和普遍認可的解決方法就是多種套用的配對末端標籤測序，簡稱為PET測序，從超高通量測序的常DNA片段末端引出短的配對標籤。PET測序能夠精確地繪製參考基因組，區別PET所在DNA片段的基因組邊界和鑑定靶DNA片段。PET測序法已經發展為轉錄組，轉錄因子結合位點和染色體結構分析。PET測序技術的獨特優點在於能夠暴露DNA片段兩末端的連線處。由於該優點，PET測序可以解釋非傳統的融合轉錄物，染色體結構變化，甚至分子相互作用。
