科学者は人間の DNA の最初の 4D マップを作成しました

これまで、ヒトゲノムについての私たちの理解は、静的な巨大な解説書を読むようなものでした。私たちは自分の存在を規定する「文字」や「言葉」は知っていましたが、その方向性についてはほとんど知りませんでした。新しい画期的な研究は、私たちのDNAが単なるコードではなく、細胞の核内で絶えず「踊る」動的な三次元構造であることを明らかにすることにより、重要な4番目の次元である時間を追加することになりました。

この研究は最近査読付き雑誌に掲載されました 自然 国際チームによって実施される 科学者 プログラムの後援のもと、4D ヌクレオムノースウェスタン大学とマサチューセッツ・チャン医学部のチームが率いる研究者らは、細胞の生涯を通じてゲノムがどのように折り畳まれ、回転し、再配置されるかを前例のない詳細にマッピングすることに成功した。

二重らせんの向こう側: 2 メートルのパズル

この成果の大きさを評価するには、自然が直面している工学的な課題を考慮する必要があります。人間の各細胞には約 2 メートルの DNA が含まれており、この DNA は分子の長さの数百万分の 1 である直径わずか数マイクロメートルの核に収まらなければなりません。この圧縮は偶然に行われたものではありません。 DNA は、その機能に不可欠な構造である複雑なループや結び目を形成します。

新しい 4D マップはまさにこのアーキテクチャを明らかにしています。科学者らは、遠く離れた DNA を接触させる、そのようなクロマチン「ループ」を 140,000 個以上特定し、記録しました。このプロセスにより、遺伝子を適切なタイミングでオンまたはオフにすることができます。簡単に言うと、ゲノムが脚本だとすると、その三次元構造は、各俳優がいつどのように行動するかを決定する監督です。

4 次元と人工知能の役割

この特定の研究の新規性は、方程式に時間を導入したことにあります。研究者らはDNAの「写真」を撮るだけでなく、「動画」も撮影した。彼らは、細胞周期のさまざまな段階や、胚性幹細胞や線維芽細胞などのさまざまな種類の細胞でゲノムの構造がどのように変化するかを観察しました。

膨大な量のデータを処理するには、 人工知能。科学チームは、高度な機械学習モデルを通じて、DNA がその配列のみに基づいてどのように折りたたまれるかを予測できるようになりました。これは、小さな突然変異や遺伝的変異がどのように三次元構造を破壊し、潜在的に病気を引き起こす可能性があるかを特定できることを意味します。

がんとの戦いにおける新しい武器

この発見が医学に与える影響は計り知れません。さまざまながんや発達障害を含む多くの病気は、必ずしも遺伝コード自体のエラーが原因ではなく、その「パッケージ化」方法のエラーが原因です。 DNA ループが誤って形成されると、がん遺伝子が活性化因子と接触し、制御不能な細胞分裂を引き起こす可能性があります。

ザ フォン・ユーノースウェスタン大学の分子医学教授で研究リーダーの一人である同氏は、これらのマップは構造がどのように機能を調節するのかについて前例のない洞察を与えてくれる、と述べた。これらのメカニズムを理解することで、遺伝子配列を標的にするだけでなく、遺伝子の構造組織を修正する新しい治療法への道が開かれます。

遺伝学の未来

または 4Dマップの作成 それは道の終わりではなく、遺伝学の新しい時代の始まりです。研究者らは、このデータが新しい診断ツール開発の基礎となることを期待している。医師が、あなたが病気の「遺伝子」を持っているかどうかだけを調べるのではなく、あなたの核内でのその病気の時空間的挙動がその病気を危険にしているかどうかを確認できる未来を想像してみてください。

科学界は現在、私たちの生物学の隠された経路を明らかにする宝の地図を手にしています。 DNA は、単純な情報の直線的な配列よりもはるかに複雑で魅力的なものであることが判明しました。それは生命の驚異を維持するために毎秒形を変える生きた脈動する存在です。