在最近发表在“ 自然生物技术 ”杂志上的一项研究中，科学家们将目光投向了染色质 - 染色质 - 将DNA包装到细胞染色体中的DNA-蛋白质复合物 - 以更好地了解基因组的工作原理。更好地了解染色质将为基因组的工作部分以及如何管理这些部分提供重要的见解。

染色质通过控制使基因组起作用的基因和调节蛋白的获取来影响细胞中的基因活性。粘附于DNA的化学标签会影响染色质组织以及打开和关闭哪些基因。染色质组织还可以影响正常细胞发育 - 细胞是否可能成为肝脏，肾脏或皮肤细胞 - 以及疾病的发作，包括癌症。但是染色质很难研究，因为它的组成在细胞类型中是不同的，甚至在相似的细胞中也是如此。

来自两个国家人类基因组研究所(NHGRI)资助计划，DNA元素百科全书(ENCODE)项目和基因组科学卓越中心(CEGS)的研究人员现已通过创建染色质图谱来解决这一问题。在单个细胞中看起来像。他们结合了几种技术，包括DNA测序，并深入了解细胞内的基因组信息是如何被控制的 - 从字面上打开或关闭。该研究还揭示了生物体中各种细胞的新细节，包括新细胞亚型。

结果可以进一步理解基因组活性如何在不同细胞类型中受到调节，并提供关于基因组控制系统如何影响基因在正常细胞发育或疾病中起作用的方式的新信息。

“通过研究单个细胞中的染色质组织，可以辨别出细胞之间细微差异和细胞内活动的信息，”基因组科学部主任，CEGS项目协调员Jeffery Schloss博士说。在NHGRI。“这很重要，因为我们不会理解生物学是如何运作的，或疾病状态出了什么问题，除非我们能够理解设定个体细胞状态的'回路'，以及它们如何变化，即使在一小块组织内，其中一些可能表明疾病状况。“

虽然基因主要包含用于创建在细胞中执行各种任务的蛋白质的指令，但绝大多数基因组 - 大约99% - 不产生蛋白质，而是包括调节基因组如何工作的信息。在细胞中定位染色质可以鉴定基因组的非蛋白质编码区中的调节信息。这些信息 - 在DNA序列中发现 - 通过打开和关闭基因来控制基因，就像开关一样，但是在正确的环境中在正确的环境中控制基因。在某些情况下，这些交换区域中的信息因人而异。

“我们知道调节序列 - 开关 - 具有令人难以置信的特定背景。它们被包裹在染色质中并被标记，并且可以从细胞类型到细胞类型不同。这些开关是温床，其中基因组的变异在疾病风险中起作用， “马萨诸塞州综合医院和波士顿哈佛医学院病理学教授布拉德利伯恩斯坦博士说，他领导了这项工作。

伯恩斯坦博士说：“鉴定细胞间差异或细胞群体差异，对于理解基因组的调控生物学至关重要。” “我们没有办法捕捉那些细胞与细胞之间的差异。我们发现群体中不同的细胞被认为是相同的而是转向不同的基因，并且可能存在动态的转换和变异过程。 “。

在这项研究中，伯恩斯坦博士及其同事开始研究不同细胞或细胞类型如何在特定时间点或随时间调节基因活性。

研究人员将染色质绘图技术与最近的技术创新相结合，以检查单细胞。他们从数千个细胞中标记染色质，并分离出单个细胞并对其DNA进行测序，从而在每个细胞中创建染色质谱。然后，他们确定了相关单细胞谱的组，然后将其细分为较小细胞亚组的谱。

他们还证明了这些技术可以检测到表观基因组中的已知差异 - 三种类型的细胞中可以分辨染色质并且可以告诉基因组做什么的额外化学化合物层：小鼠胚胎干(ES)细胞，胚胎成纤维细胞和造血祖细胞。他们结合了数百个单独的细胞测量，为每种细胞类型创建染色质图谱。

然后，科学家们专注于ES细胞，这些细胞具有不同程度的发展成不同细胞类型的潜力。当他们检查了数千个单独的ES细胞时，他们根据染色质构成确定了三种不同的细胞亚型。他们发现每种干细胞亚型具有不同的发育成另一种特定细胞类型的能力。

“我们发现一些干细胞显示出准备好发育成不同类型细胞的早期迹象，”伯恩斯坦博士说。“另一方面，有些人处于非常不发达的状态。”

在细胞中测量这种能力的水平 - 称为多能性 - 有助于研究人员了解细胞的发育。当干细胞沿着特定的发育途径前进时，干细胞会失去多能性 - 例如，成为心脏，肾脏或皮肤细胞。

伯恩斯坦博士说，研究结果表明，细胞内的调节开关不断发生变化。“它最终将使我们能够更好地理解在这些开关处发生的那些监管动态，并可能帮助我们了解细胞如何决定他们的命运。”

研究人员计划进一步探讨癌症背景下细胞染色质和调节开关的这些差异。伯恩斯坦博士说，有证据表明，染色质的差异可能在癌症耐药性的发展中起主要作用。