强大的新工具可以窥探细胞内庞大的基因库
DNA 和相关的细胞机制是由某些非编码 RNA 收集和组织的，在这个模型中，每个区域都以不同颜色的软糖形状显示。图片由 Inna-Marie Strazhnik 提供
人类基因组可以被认为是一个庞大的图书馆，包含超过 20,000 种不同的“说明手册”：您的基因。例如，有些基因包含构建脑细胞、皮肤细胞、白细胞等的信息。甚至有些基因包含有关调节基因组本身的信息——比如解释如何组织图书馆的书籍。调节基因表达的能力——换句话说，细胞开启或关闭各种基因群的能力——是不同细胞（如肌肉细胞或脑细胞）具有不同形式和功能的基础。
对于任何对读者有用的库，都需要以易于搜索的方式进行组织。例如，与世界历史有关的所有书籍可能都在一个书架上，而烹饪书可能在图书馆的完全不同的部分。在细胞核中，有超过 6 英尺长的遗传物质堆积在比人类头发的宽度小 50 倍的空间中。原子核中的“图书馆”是如何组织的？当一个细胞需要调节某些基因时，细胞机器如何在 20,000 个其他基因中找到正确的？
生物学教授 Mitchell Guttman 实验室的一篇新论文使用了一种强大的新工具，可以窥探细胞遗传物质（DNA和RNA）的世界，以找到这些问题的答案。
由前 Guttman 实验室研究生 Sofia Quinodoz（PhD '20）领导——现为普林斯顿大学Hanna Gray 博士后研究员——该团队发现非编码 RNA 分子负责在细胞核内建立“隔室”并引导关键分子到基因组中的精确区域。非编码 RNA 是不编码蛋白质的分子，而是具有一系列对生物学家来说仍然很神秘的功能。在图书馆的类比中，非编码 RNA 分子充当组织不同基因组和与它们相互作用的机制的“架子”。
了解遗传物质如何在空间上组织是了解生命基本运作的关键部分。细胞核内的功能障碍是许多疾病的标志，包括癌症、神经退行性疾病等。
Guttman 实验室开发的强大工具使这项研究成为可能，该工具可以详细查看 RNA 世界，称为 RD-SPRITE（通过标签扩展对相互作用的 RNA 和 DNA 拆分池识别）。本质上，RD-SPRITE 的工作原理是根据 RNA 和 DNA 分子的位置，用微小的独特条形码标记它们。然后分析条形码可以告诉您哪些分子位于细胞内的哪些位置。
“这个工具是我从研究生时代就梦想的东西。Sofia 能够做到这一点非常了不起，”Guttman 说。“它改变了我们在 RNA 世界中可以看到的东西。这就像开发一个新的显微镜；你可以开始看以前看不到的东西。就我们能够在这些数据中发现的内容而言，这一关于 RNA 和组织的发现只是冰山一角。”
该团队计划使用 RD-SPRITE 来比较健康细胞和疾病细胞类型之间细胞核的空间组织，以了解基因表达和细胞核的物理结构如何在疾病状态下受到影响。
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参考文献：
Sofia A. Quinodoz、Joanna W. Jachowicz、Prashant Bhat、Noah Ollikainen、Abhik K. Banerjee、Isabel N. Goronzy、Mario R. Blanco、Peter Chovanec、Amy 的“RNA 促进细胞核中空间隔室的形成” Chow、Yolanda Markaki、Jasmine Thai、Kathrin Plath 和 Mitchell Guttman，2021 年 11 月 4 日，细胞。
DOI: 10.1016/j.cell.2021.10.014
这篇论文的标题是“RNA促进细胞核中空间隔室的形成”。Sofia Quinodoz 是该论文的第一作者，共同第二作者是加州理工学院博士后学者 Joanna Jachowicz、研究生 Prashant Bhat 和前博士后学者 Noah Ollikainen。除 Guttman 外，其他合著者包括前研究生 Abhik Banerjee、研究生 Isabel Goronzy、研究科学家 Mario Blanco、前博士后学者 Peter Chovanec、高级研究科学家 Amy Chow、加州大学洛杉矶分校的 Yolanda Markaki、前研究技术助理 Jasmine Thai 和 Kathrin加州大学洛杉矶分校的普拉斯。资金由霍华德休斯医学研究所、美国国家科学基金会、美国国立卫生研究院、加州大学洛杉矶分校-加州理工学院医学科学家培训计划、美国癌症协会、南加州大学医学博士/博士课程。