专访斯坦福大学William Greenleaf教授:基因组的结构与功能

2016/11/04 来源:生物探索
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导读
2016年10月10-14日由冷泉港亚洲举办的Systems Biology of Gene Regulation and Genome Editing学术会议在苏州举办。斯坦福大学William Greenleaf教授作为特邀嘉宾做了主题演讲:“‘Off-label’applications of sequencing for understanding structure and function”。生物探索非常有幸在会后对他进行了采访。


2016年10月10-14日由冷泉港亚洲举办的Systems Biology of Gene Regulation and Genome Editing学术会议在苏州举办。斯坦福大学William Greenleaf教授作为特邀嘉宾做了主题演讲:“‘Off-label’applications of sequencing for understanding structure and function”。生物探索非常有幸在会后对他进行了采访。

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将DNA序列和结构、功能联系在一起

斯坦福大学William Greenleaf教授的实验室专注于开发方法来探索由基因组编码分子的结构和功能,以及基因组本身的物理压缩和折叠。他们的努力是建立能够利用高通量测序技术和尖端光学显微术的科技力量的新工具,并用这些技术来解决那些把DNA序列、结构和功能结合在一起的基本生物学问题。

William Greenleaf教授解释说他们实验室研究的主要问题是:接近2米长、包含人类基因组序列信息的DNA如何被折叠、包装、存储进一个5微米直径的细胞核中。只有很小一部分的片段才是未包装的,“可接近的”能够被仪器直接测序。另外他们还研究这些包装是如何在不同的生命过程中,导致基因的表达被调控。

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定量检测蛋白质-RNA作用

RNA -蛋白质相互作用是基因表达、选择性剪接、RNA运输和染色质重塑的基础。在几乎所有尺度的RNA结构中都牵扯到基本的调节作用。然而,由于RNA序列被覆盖的空间的组合是天文数字的,RNA高通量的定量生化调查方法,对我们的理解RNA的稳定性和RNA蛋白质的相互作用是非常必要的。William Greenleaf教授的团队开发了一个非常知名的蛋白-RNA相互作用高通量分析方法,他们将Illuminate测序仪改造后,用于RNA结合的研究。相关文章于2014年发表在Nature Biotechnology上。

他们从原本Illuminate高通量测序流动槽上测序的DNA簇上,用大肠杆菌的RNA聚合酶直接合成RNA。直接在高通量测序仪上转录DNA,使得合成的RNA与模板保持物理一致,产生一个已知RNA的巨大多样性。然后检测这些结构和RNA结合蛋白的结合,由于RNA结合蛋白是荧光标记的,RNA结合事件就能够被测序仪定量测定。

William Greenleaf教授介绍说这项开发可以从DNA基因序列包含的信息获得RNA的物理信息、RNA结构和功能基因组的情况。这样就可以用高通量测序仪获得也是高通量的,不过是序列之外的信息。实质上就是类似于制作了千上万不同的、我们已知的DNA杂交芯片,从这些DNA片段获得RNA,根据RNA结合蛋白可以获得对RNA-蛋白相互作用的定量的理解。

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基因组是如何在数千碱基规模折叠

基于高通量测序的新方法人们已经开始在单核小体水平上,和百万级基因组染色体环的规模上揭示染色体的基因组结构。但是在此之间的规模,数千碱基,尤其是在活细胞中的,染色质的二级结构还是缺乏了解。William Greenleaf教授解释说就是染色质中等规模,几百到几千碱基的二级结构是否形成纤维结构的问题。染色质二级结构的研究工作已经为关于“30纳米纤维”是否存在提供了相互矛盾的证据。除了这个被激烈争论的30nm结构,对于这些功能基因组的假定结构还没有什么是已知的。

另外他们实验室对于百万级基因组结构,染色体环区域的研究方法也有涉及。他们对二级结构是在活细胞中是如何折叠的也很感兴趣,并对其过程进行建模。William Greenleaf教授的实验室正在开发一个更清晰的图像,整合了对细胞核物理和生化的观念的一种染色质组成方式。这项工作将对正常人发育与分化过程,癌症和整倍体的出现等基因调控表达调节的不同问题的理解将有很大影响。

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科研感言

William Greenleaf教授说实际上他们实验室做的每一项研究都是基于高通量测序不可思议的强大力量。在这十五年中基因测序有了巨大的发展,达到了任何技术都未企及的高度。对于任何生物学家来说,都是前所未有的机遇,能将关于一小段DNA的问题转换成亿万级别的测试结果。这时从这个规模的数据中最终找到答案,就成了我们需要面对的问题。高通量测序确实是他们研究的基础,测序仪本身和测序仪所产生的高通量数据都是他们研究的对象。

对于如何做好科研的问题,William Greenleaf教授认为科学的直觉是非常重要的。优秀的科研方面的直觉是能够感觉到什么样的问题是能够有答案的,什么样的回答不了。这种直觉是很难教出来的,这种直觉能够感觉到什么样的问题能够解决、什么样的比较难、什么样的比较容易。这种直觉能让一个人在多年研究中收获丰硕的成果。当然还需要富有创造力的人格和努力工作。在这些特征中,直觉让人找到正确的问题在哪里是最重要的。

对于此次冷泉港会议,William Greenleaf教授觉得环境宜人,很荣幸也很高兴被邀请到这来开会。 

冷泉港亚洲

冷泉港亚洲沿袭美国冷泉港实验室的传统,为来自亚洲乃至全球的科学家及学生们,提供近距离分享最新科研进展的独特平台。在冷泉港亚洲,与会者不论地位、年龄、国籍、性别、种族,都将于会议全程得到平等自由的交流机会。冷泉港亚洲会议的最大特色,就是大部分在会议上发表的演讲,选择自全体与会者公开提交的摘要中(年会除外),报告涵盖了大量未发表的最新科研进展。

通常,冷泉港亚洲会为每次会议指定一个小型国际组委会(3-5名来自不同国家或地区的卓越学者),来负责会议的组织和安排。该组委会在议题设立、各分会(session)设定及报告人和海报(Poster)筛选等相关范畴,享有完全的学术自主权。与会者在冷泉港亚洲官方网站www.csh-asia.org提交注册信息后,会立即收到包含有摘要提交链接的确认邮件。所有在线提交的摘要,将于截止日期后一周内寄送给会议组委会,由他们根据摘要质量及与会议议题契合度,筛选出进行口头演讲及海报展示的优秀作品。被选定摘要及状态会在会议开始前3-4周于官网公布。组委会将根据选出的摘要,设定会议讨论议程及分议题,与会者在抵达会场后方可由摘要集获知会议详细日程及每一报告的具体安排。

冷泉港亚洲会议一般历时3-5天,由高密度的演讲分会、海报展示分会及各类社交活动组成。每一位演讲者的报告时间约为15-20分钟,台下听众将有5分钟的时间与演讲者进行交流问答。海报展示分会一般安排在下午,每一位作者都将有机会,就自己的研究成果及感兴趣的话题,与来自世界各地的学者们进行充分探讨。除常规的演讲与海报展示分会外,冷泉港亚洲还将组织一系列鸡尾酒会、晚宴、舞会,或音乐会。轻松自如的氛围,消除了一切来自背景的隔阂,与会者之间的距离被无限拉近,灵感与火花不断涌现及碰撞着。冷泉港亚洲会议不止于演讲形式的各种互动,将使每一位与会者收益颇丰。信息传递不再是传统的单向,独特的会议模式使得科学探讨的沟通渠道多元而畅通。冷泉港亚洲会议不仅能够给与会者们提供一个前沿的国际交流平台,也将毫无疑问的促进与会者的成长并拓宽科学眼界,为亚洲地区学术文化的良性发展起到一定的催化作用。