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Nat Biotechnol:DNA重复片段——基因组中的“黑物质”

来源:本站原创 2019-11-25 00:33

2019年11月25日 讯 /生物谷BIOON/ -- 基因组的大部分区域由重复片段组成。这些“ DNA重复序列”在错误位置的扩增可能会产生严重后果。然而,DNA重复序列的扩增非常难以分析。柏林马克斯·普朗克分子遗传学研究所的研究人员最近开发的一种方法可以详细查看这些以前无法进入的基因组区域。它结合了纳米孔测序,干细胞和CRISPR-Cas技术。该方法可以改善未来各种先天性疾病和癌症的诊断。
 

(图片来源:Www.pixabay.com)

在脆性X综合征中,重复序列已在X染色体上的一个名为FMR1的基因中扩增。 文章作者Müller说:“细胞识别出重复区域,并通过将甲基连接到DNA来关闭它。”这些小的化学变化具有表观遗传效应,因为它们使基础遗传信息保持完整。 Müller解释说:“不幸的是,表观遗传标记扩散到了整个基因,导致其被完全关闭。”已知该基因对于正常的大脑发育至关重要。他说:“没有FMR1基因,我们会看到严重的发育迟缓导致不同程度的智力残疾或自闭症。”
 
在大多数情况下,女性个体受疾病影响较小,因为重复区通常仅位于两个X染色体之一上。由于未改变的基因的第二个副本没有在表观遗传上发生改变,因此它能够弥补遗传缺陷。相比之下,男性只有一个X染色体和一个受影响基因的副本,并显示出更加严重的临床症状。
 
在这项研究中,Müller和他的团队研究了源自患者组织的干细胞的基因组。他们能够确定重复区域的长度及其表观遗传特征。研究人员还发现,即使在单个患者的细胞之间,重复区域的长度也会有很大的差异。
 
研究人员还用源自患者的细胞测试了其过程,该细胞在C9orf72基因的两个拷贝之一中包含一个扩展的重复序列。这种突变导致额颞叶痴呆和肌萎缩性侧索硬化的最常见的单基因原因之一。
 
“关于高度重复的DNA序列,常规方法受到限制。而且无法同时检测重复序列的表观遗传特性”。然而,科学家通过使用纳米孔测序技术能够成功地分析这些区域。
“借助CRISPR-Cas系统和我们的算法,我们可以检查基因组的任何部分-尤其是那些使用传统方法难以检查的区域,” Müller说:“有证据表明,重复序列在神经系统发育过程中会增长,我们希望对此进行仔细研究。”(生物谷Bioon.com)


原始出处:Pay Giesselmann, Björn Brändl, Etienne Raimondeau, Rebecca Bowen, Christian Rohrandt, Rashmi Tandon, Helene Kretzmer, Günter Assum, Christina Galonska, Reiner Siebert, Ole Ammerpohl, Andrew Heron, Susanne A. Schneider, Julia Ladewig, Philipp Koch, Bernhard M. Schuldt, James E. Graham, Alexander Meissner, Franz-Josef Müller. Analysis of short tandem repeat expansions and their methylation state with nanopore sequencing. Nature Biotechnology, 2019; DOI: 10.1038/s41587-019-0293-x

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