一个表观基因组编辑工具包：解析基因调控机制

EMBL罗马分院的Hackett团队科学家最近在《自然遗传学》杂志上发表了一项研究，他们开发了一个模块化的表观基因组编辑平台，这个系统可以在基因组的任何位置编程表观遗传修饰。这个系统让科学家们能够研究每种染色质修饰对转录的影响，从而推动基因合成蛋白质的机制。

之前的研究通过将表观标记在健康和疾病细胞类型的基因组中进行分布图谱绘制，并结合基因表达分析和已知特定基因干扰的效果，为这些染色质标记赋予功能。但是，染色质标记与基因调控之间的因果关系一直难以确定。这个挑战在于解剖在这种调控中涉及的多种复杂因素的个别贡献，比如染色质标记、转录因子和调控DNA序列。

Hackett团队的科学家们开发了一个模块化的表观基因组编辑系统，可以在基因组的任何期望区域精确编程九种生物重要的染色质标记。这个系统基于CRISPR技术，这是一种广泛使用的基因组编辑技术，可以让研究人员高精度和准确地对特定的DNA位置进行改变。

这种精确的干扰使他们能够仔细地解剖染色质标记与它们生物效应之间的因果关系。科学家们还设计并使用了一个'报告系统'，这使他们能够在单个细胞水平测量基因表达的变化，并了解DNA序列的改变如何影响每种染色质标记的影响。他们的结果揭示了一系列重要染色质标记在基因调控中的因果作用。

例如，研究人员发现了H3K4me3的新作用，这是一种先前被认为是转录结果的染色质标记。他们观察到，如果将H3K4me3人工添加到特定的DNA位置，它实际上可以自身增加转录。“这是一个非常激动人心和意外的结果，与我们所有的预期都相悖。”研究领头的科学家Cristina Policarpi说道。“我们的数据指向了一个复杂的调节网络，其中多个主导因素相互作用来调节给定细胞中基因表达的水平。这些因素包括染色质的预存在结构、潜在的DNA序列和基因组中的位置。”

Hackett和同事目前正在探索途径，通过一个有前景的初创公司来利用这项技术。下一步将是通过在不同细胞类型和规模上靶向基因来确认和扩展这些结论。染色质标记如何影响各种基因和下游机制的转录在不同基因型中也有待澄清。

“我们的模块化表观基因组编辑工具箱构成了一个解剖基因组与表观基因组之间相互关系的新实验方法，”EMBL罗马分院的Hackett团队领导Jamie Hackett表示。“未来这个系统可能被用来更精确地理解表观基因组变化在发育过程中和人类疾病中影响基因活性的重要性。另一方面，该技术还解锁了以高度可调方式编程所需基因表达水平的能力。这对精准健康应用来说是一个激动人心的领域，在疾病设置中可能会很有用。”