人类基因组计划完成已逾二十年。如今，4D核组计划的科学家们创建了一幅详细图谱，不仅展示了人类基因组的三维结构，还揭示了基因组不同组成部分随时间的相互作用——如果说前者是一份蓝图，后者则是一个带有活动部件的比例模型。
西北大学生物化学与分子遗传学系杜安与苏珊·伯纳姆分子医学教授冯越在声明中表示：“理解基因组如何在三维空间中折叠和重组，对认识细胞功能至关重要。”
迄今为止，基因组一直被呈现为包含一系列字母的（极长的）编码序列，每个字母代表一种化学碱基——腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）。这就像一本仅有四种原料的食谱。尽管这一成就令人惊叹，已为个性化医疗突破和CRISPR技术发展等无数科学医学发现奠定基础，但它仅讲述了故事的一部分。
原因在于人类基因组并非线性结构。它会形成环状并折叠，基因之间相互作用，这些互动决定了哪些基因被激活、哪些被抑制，进而影响细胞身份和疾病发展。
发表在《自然》杂志上的研究指出，4D核组计划的目标是“在功能元件分辨率下，获取人类基因组在不同细胞状态、随时间变化及单细胞中的三维折叠详细见解”。
研究团队运用整合基因组建模技术，对人类胚胎干细胞和成纤维细胞（一种在结缔组织形成中起关键作用的细胞类型）进行了图谱绘制。成果是生成了单细胞水平的全基因组高分辨率三维模型。在这些模型中，研究人员成功识别了不同染色体结构域的定位与分类，并汇编了涵盖每种细胞类型超过14万个环状交互的“详尽目录”，阐明了它们如何影响基因调控。
正如人类基因组计划曾推动一系列医学突破，4D核组计划团队对此寄予厚望。目前，癌症影响着十分之四的人一生中的健康。
该模型将助力未来研究者探索不同基因变异如何影响基因表达并导致疾病，很可能为以基因组为中心的新型诊断工具和疗法铺平道路。
冯越表示：“三维基因组结构为预测致病变异可能影响哪些基因提供了强大框架。”
“我们已在包括白血病和脑肿瘤在内的多种癌症中观察到三维基因组的改变，下一步目标是探索如何利用表观遗传抑制剂等药物精确靶向并调控这些结构。”
归根结底，这项研究揭示了人类基因组的真实复杂性：决定基因表达的不仅是基因组的单个组成部分，更是它们的定位方式及相互作用机制。
本研究已发表在《自然》杂志。
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