“了解细胞在发育过程中组织基因组的方式将有助于我们了解它们应对压力，伤害和疾病的能力，”St. Jude发育神经生物学系和霍华德休斯医学系主任Michael Dyer博士说。研究所调查员。他和圣朱德计算生物学系助理成员陈翔和博士是相应的作者。

该研究的重点是小鼠视网膜中的光敏棒细胞。在视网膜发育过程中，超过8,000个基因被打开或关闭。整个基因组中的数千个监管区域也发挥着作用。研究人员使用称为超深染色体构象捕获或Hi-C分析的技术来绘制小鼠杆细胞中的这些相互作用。

以前，3D基因组学主要侧重于理解特定基因的调控，并与实验室中生长的细胞一起工作。

通过对来自各种来源和机器学习的数据进行综合分析，研究人员表明基因组组织在不同的发展阶段以惊人的方式发生了变化。“这些变化不是随机的，而是细胞发育计划的一部分，”戴尔说。

戴尔和他的同事们使用相同的方法创建了小鼠小脑的3D基因组图谱，这是一种成神经管细胞瘤可以发育的脑结构。髓母细胞瘤是最常见的恶性小儿脑肿瘤。

打包

人类基因组编码在人类DNA的30亿个化学碱基中。自2003年第一个人类基因组完全测序以来，研究人员利用该技术鉴定和研究导致癌症和其他疾病的遗传或获得的基因组改变。

延伸其整个长度，来自单个人类细胞的DNA长约6英尺。为了发挥作用，将DNA包装成适合细胞核的微观束。得到的DNA环可以将基因组的其他区域聚集在一起。关键细节，包括循环的3D地图和他们培养的互动，在很大程度上是一个谜。

3D基因组

目前的研究在视网膜发育的不同阶段捕获了启动子(促进基因表达的DNA区域)和增强子(增加基因表达的区域)之间的长距离相互作用。研究人员还跟踪了发育过程中基因组组织的变化。这包括首次使用机器学习来衡量易于获取的基因是如何转录的。陈带领机器学习的努力。

其他亮点

该研究还包括一个强大的基因表达调控器的第一份报告，这是一种超级增强剂，在特定的细胞发育过程中起作用。这一发现很重要，因为超级增强剂可能会被大脑和其他器官的发育性癌症所劫持。

在这项研究中，科学家确定当Vsx2基因的核心调节电路超级增强子被删除时，整个类别的神经元(双极神经元)被消除。没有发现其他缺陷。Vsx2基因的缺失导致视网膜发育中的更多缺陷，因此超增强子对双极神经元具有高度特异性。

研究人员开发了一种遗传小鼠模型，该模型用于研究视网膜中的神经回路。

全球研究人员可通过St. Jude Cloud(一种基于云的在线数据共享资源)获取研究数据和教学视频。