จีโนมมนุษย์มีรูปร่างและเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา

หากคุณสามารถคลี่คลาย DNA ทั้งหมดในเซลล์ของมนุษย์เพียงเซลล์เดียวและยืดออกได้ คุณจะมีริบบิ้นโมเลกุลยาวประมาณ 2 เมตร และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 นาโนเมตร ลองจินตนาการถึงการบรรจุมันทั้งหมดกลับเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์ ซึ่งเป็นภาชนะที่มีความกว้างเพียง 5 ถึง 10 ไมโครเมตร นั่นคงจะเหมือนกับการนำสายโทรศัพท์ที่วิ่งจากแมนฮัตตันไปซานฟรานซิสโกแล้วอัดแน่นเข้าไปในบ้านสองชั้นชานเมือง

การติดตั้งสารพันธุกรรมทั้งหมดนั้นลงในพื้นที่แคบถือเป็นขั้นตอนที่หนึ่ง สิ่งสำคัญไม่แพ้กันคือวิธีการจัดระเบียบเนื้อหา แค็ตตาล็อก DNA ที่สมบูรณ์ของเซลล์ — จีโนม — จะต้องได้รับการกำหนดค่าให้อยู่ในรูปทรงสามมิติที่เฉพาะเจาะจงเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง การจัดเรียงวัสดุนิวเคลียร์สามมิติที่เรียกว่านิวคลีโอมช่วยควบคุมวิธีการและเวลาที่ยีนถูกกระตุ้น กำหนดเอกลักษณ์ของเซลล์และหน้าที่ของมันในร่างกาย

นักวิจัยได้ตระหนักมานานแล้วถึงความสำคัญของโครงสร้าง DNA ที่จัดเรียงอย่างแม่นยำ แต่เมื่อไม่นานมานี้มีเทคโนโลยีใหม่ทำให้สามารถสำรวจสถาปัตยกรรมนี้ได้อย่างลึกซึ้ง ด้วยการจำลอง การวัดทางอ้อม และการถ่ายภาพที่ดีขึ้น นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะเปิดเผยเพิ่มเติมว่ารอยพับที่ซับซ้อนของนิวเคลียสควบคุมเซลล์ที่มีสุขภาพดีได้อย่างไร มุมมองที่ดีขึ้นยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจบทบาทของนิวเคลียสที่ถูกรบกวนต่อความชราและโรคต่างๆ เช่น โพรจีเรีย และมะเร็ง

“เป็นไปได้ที่กระบวนการนิวเคลียร์ทุกกระบวนการจะมีองค์ประกอบของโครงสร้างอยู่ในนั้น” ปิง เหริน นักพันธุศาสตร์ระดับโมเลกุลจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย คณะแพทยศาสตร์ซานดิเอโก กล่าว “จริงๆ แล้วน่าแปลกใจที่เราศึกษา DNA มาเป็นเวลานาน แต่เรายังมีความเข้าใจเกี่ยวกับสถาปัตยกรรม 3 มิติของมันค่อนข้างน้อย”

ทำให้มันเป็น 4-D งานล่าสุดแสดงให้เห็นว่าการเข้าใจนิวคลีโอมอย่างถ่องแท้จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์การจัดเรียงใหม่ในอวกาศเมื่อเวลาผ่านไป นิวคลีโอมของเซลล์เปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาหนึ่งวันเมื่อเซลล์ตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมของมัน

เมื่อปีที่แล้ว สถาบันสุขภาพแห่งชาติได้เปิดตัวโครงการระยะเวลา 5 ปีโปรแกรมนิวคลีโอม 4 มิติโดยให้คำมั่นสัญญามากกว่า 120 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ เพื่อระบุเครื่องมือและเทคนิคที่ดีกว่าสำหรับการทำแผนที่ความซับซ้อนของโครงสร้าง 4 มิติของจีโนม นักพันธุศาสตร์ นักชีววิทยาระดับโมเลกุล นักคณิตศาสตร์ นักชีวฟิสิกส์ และคนอื่นๆ ต่างอยู่ในภารกิจอันทะเยอทะยานเพื่อสร้างแผนภูมิภูมิประเทศนิวเคลียร์ที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

ที่ตั้ง, ที่ตั้ง, ที่ตั้ง

จีโนมมนุษย์มิติเดียวคือคู่มือการใช้งานทางชีวเคมีสำหรับการสร้างและปฏิบัติการของมนุษย์ คำแนะนำทางพันธุกรรมเขียนด้วยตัวอักษรสี่ตัว ได้แก่ A, T, C และ G ซึ่งเป็นตัวย่อสำหรับหน่วยย่อยทางเคมีของ DNA ลำดับที่แน่นอนของตัวอักษรเหล่านี้จะเข้ารหัสสูตรการสร้างโปรตีนในร่างกาย ตลอดจนคำแนะนำในการใช้องค์ประกอบทางชีวภาพเหล่านี้

แต่ในร่างกาย จีโนมเป็นมากกว่าข้อมูลที่เขียนไว้ใน DNA วิลเลียม กรีนลีฟ นักชีวฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดกล่าว มันเป็นวัตถุทางกายภาพที่น่าสนใจ

ในนิวเคลียสของเซลล์ของมนุษย์ สารพันธุกรรมจะพันรอบแกนโปรตีน ก่อตัวเป็นตาข่ายของ DNA และโปรตีนที่เรียกว่า โครมาติน ซึ่งรวมตัวกันเป็นโครโมโซม 46 ผืน โครมาตินโค้งเป็นพันๆ ลูป โดยยึดไว้ด้วยโปรตีนเฉพาะทางและเปลือกทางกายภาพของนิวเคลียส จีโนมสามารถบีบตัวเข้าไปในบริเวณที่คับแคบได้โดยไม่พันกันเหมือนสายหูฟังในกระเป๋าของคุณ Erez Lieberman Aiden นักพันธุศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์จากวิทยาลัยแพทยศาสตร์เบย์เลอร์ในฮูสตันกล่าว

เป็นเวลาหลายปีแล้วที่นักวิทยาศาสตร์พยายามหากฎเกณฑ์สำหรับการพับโครมาตินอย่างระมัดระวัง ในปี พ.ศ. 2552 ไอเดนและเพื่อนร่วมงานของเขาได้นำเสนอข้อมูลในศาสตร์รองรับโครงสร้างของเม็ดบีดโครมาตินหนาแน่นและไม่มีการผูกปมเป็นกลุ่มก้อนใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ การศึกษาในปี 2012 ในการดำเนินการของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติแนะนำว่าโครมาตินจะแตกตัวเป็นรูปแบบต่างๆที่แตกต่างกันไปตามโครโมโซมที่ต่างกันและเมื่อเวลาผ่านไป

แม้ว่านิวเคลียสอาจดูเหมือนเส้นสปาเก็ตตี้พันกัน แต่ก็เหมือนกับกลุ่มของลูกชิ้นที่มีโครงสร้างซับซ้อนมากกว่า ภายในนิวเคลียสโครโมโซมจะถูกจัดเรียงในตำแหน่งเฉพาะ โครโมโซมแต่ละอันประกอบด้วยกลุ่มของสารพันธุกรรมที่เข้ามาใกล้พอที่จะรวมกลุ่มกันเพื่อโต้ตอบกัน การจัดกลุ่มเหล่านี้ยังสามารถมีส่วนร่วมกับกระจุกใกล้เคียงจากโครโมโซมอื่นได้

เช่นเดียวกับข้อความทางพันธุกรรมที่อยู่ภายใน รูปร่างของจีโนมมีคำสั่งเฉพาะ “วิธีที่มันอัดแน่นทำให้เกิดความทรงจำทางกายภาพว่าเซลล์ควรจะทำอะไร” กรีนลีฟกล่าว

ลูปของ DNA ที่ไม่จำเป็นสำหรับเซลล์ใดเซลล์หนึ่งจะถูกเก็บซ่อนไว้จากกลไกทางชีววิทยาที่อ่านพิมพ์เขียวทางพันธุกรรม เหลือเพียงยีนที่เกี่ยวข้องเท่านั้นที่สามารถเข้าถึงเพื่อผลิตโปรตีนได้ การศึกษาพบว่าส่วนของจีโนมที่ถูกผลักไปที่ขอบของนิวเคลียสมักจะอ่านได้น้อยกว่า DNA ที่อยู่ตรงกลาง การจัดเตรียมแบบพิเศษดังกล่าวทำให้เซลล์ที่หลากหลาย เช่น เซลล์สมอง เซลล์ผิวหนัง และเซลล์ภูมิคุ้มกัน สามารถทำงานที่แตกต่างกันได้ แม้ว่าแต่ละเซลล์จะมีจีโนมเหมือนกันก็ตาม “ในเซลล์ประเภทต่างๆ มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในพื้นที่ที่ใช้” กรีนลีฟกล่าว

ส่วนของโค้ดที่ถูกคั่นด้วยการยืดยาวสามารถวนมาติดกันเนื่องจากการวนซ้ำ การวางตำแหน่งนี้ทำให้ส่วนหนึ่งของจีโนมโต้ตอบและควบคุมยีนที่แยกตัวอักษรเคมีนับพันตัวออกไปได้ ตัวอย่างเช่น สารเพิ่มประสิทธิภาพ - ส่วนของ DNA ที่เพิ่มกิจกรรมการผลิตโปรตีนของยีน - มักจะดูเหมือนจะห่างไกลจากยีนที่พวกมันควบคุม แต่ในสามมิติ สารเพิ่มประสิทธิภาพจะสะดวกสบายกับสวิตช์ทางพันธุกรรมที่เปิดยีนเป้าหมาย ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในเซลล์ในปี 2014 ไอเดนและเพื่อนร่วมงานรายงานว่าประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ของจีโนมลูปที่สังเกตได้วางสารเพิ่มประสิทธิภาพไว้ข้างๆ ยีนที่อยู่ห่างไกลทำให้ความพยายามในการทำความเข้าใจกฎระเบียบของยีนแยกจากกันมีความซับซ้อนมากขึ้น “เพื่อที่จะเข้าใจปฏิสัมพันธ์ในระยะยาว เราต้องเข้าใจว่า DNA ถูกพับเก็บอย่างไร” Ren กล่าว

เห็นก็เชื่อ

การแสดงโครงสร้างของนิวเคลียสได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความท้าทาย กล้องจุลทรรศน์ไม่สามารถให้ภาพสถาปัตยกรรมนิวเคลียร์ที่ชัดเจนและครบถ้วนได้ แต่ด้วยเทคโนโลยีการอ่าน DNA สมัยใหม่และข้อความทั้งหมดของจีโนมมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์กำลังประกอบรูปร่างสามมิติของจีโนมเข้าด้วยกัน

เทคนิคที่เรียกว่า Hi-C เป็นหนึ่งในตัวเลือกที่ดีที่สุดที่นักวิทยาศาสตร์ต้องใช้ในการกำหนดขอบเขตโครงร่างของจีโนม 3 มิติ Hi-C พัฒนาโดย Aiden และเพื่อนร่วมงานของเขาในปี 2009 โดยจะตรวจจับโดยอ้อมว่าส่วนใดของจีโนมที่อยู่ใกล้กันมากที่สุดในอวกาศภายในเซลล์

ขั้นแรกนักวิทยาศาสตร์จะสับด้ายของจีโนมเป็นชิ้นเล็กๆ ภายในนิวเคลียส จากนั้นจึงติดกระดาษโปรยทางพันธุกรรมนี้กลับเข้าด้วยกันพร้อมกับโปรตีน โปรตีนจะทุบชิ้นส่วน DNA สองชิ้นที่อยู่เคียงข้างกันเข้าด้วยกัน ไม่ว่าชิ้นส่วนนั้นจะอยู่ใกล้กันในลำดับจริงหรือไม่ก็ตาม ด้ายของจีโนมมักจะได้รับการแก้ไขกลับไปสู่ลำดับเดิม แต่หากรหัสพันธุกรรมสองแนวที่อยู่ห่างออกไปเป็นเส้นตรงถูกวางติดกันด้วยการวนซ้ำ ชิ้นส่วนเหล่านี้อาจจบลงด้วยการติดกัน ซึ่งเป็นภาพสะท้อนของความใกล้ชิดสามมิติ

ใน Hi-C นักวิทยาศาสตร์จะทำเครื่องหมายชิ้นจีโนมที่จับคู่ใหม่ จากนั้นนับจำนวนครั้งที่แนบส่วนจีโนมที่แตกต่างกัน เมื่อสังเกตพบว่าส่วนที่ห่างไกลสองส่วนของ DNA ติดกันบ่อยครั้ง นี่แสดงว่ามีการวนซ้ำ

ในการศึกษาในปี 2014 ไอเดนและเพื่อนร่วมงานของเขาใช้ Hi-C เพื่อสร้างแผนที่เชิงพื้นที่โดยละเอียดของจีโนมเต็มรูปแบบในเซลล์ต่างๆ ของมนุษย์ รวมถึงเซลล์ปอด เซลล์เต้านม และผิวหนัง รวมถึงเซลล์มะเร็งสามประเภท การสำรวจได้ค้นพบลูปจีโนมหลายพันวงที่มีขนาดแตกต่างกัน ส่วนใหญ่ถูกยึดไว้ด้วยโปรตีนที่เรียกว่า CTCF และโคเฮซิน โปรตีนเหล่านี้เกาะติดกับชุดตัวอักษร DNA เฉพาะที่จัดเรียงเหมือนที่กั้นหนังสือรอบๆ จีโนมที่แทรกแซง “กลไกทั้งหมดที่อยู่เบื้องหลังสิ่งนี้มีความซับซ้อนเกินความคาดหมายของใครๆ” เอเดนกล่าว

เรื่องราวดำเนินต่อไปด้านล่างอินโฟกราฟิก

แต่การถ่ายภาพ Hi-C เป็นเพียงเครื่องมือหนึ่งในการสำรวจภูมิทัศน์ของจีโนม “ความคล้ายคลึงก็คือการใช้ชีวิตโดยมีที่อุดหูและที่อุดจมูกและไม่เคยสัมผัสสิ่งใดเลย” เขากล่าว “คุณไม่ต้องการพึ่งพาประสาทสัมผัสเดียว สัมผัสเดียวสามารถหลอกคุณได้”

เทคนิคการทำแผนที่ที่วิเคราะห์ความใกล้ชิดควรจับคู่กับการวัดด้วยภาพเพื่อบอกอะไรบางอย่างเกี่ยวกับเรขาคณิตของจีโนมอย่างแท้จริง Indika Rajapakse นักชีววิทยาด้านคอมพิวเตอร์จากมหาวิทยาลัยมิชิแกนใน Ann Arbor กล่าว Rajapakse และเพื่อนร่วมงานของเขา พยายามวาดภาพจีโนมที่แม่นยำเชิงพื้นที่ด้วยการจับคู่ Hi-C กับเทคนิคที่เรียกว่า 3D-FISH ซึ่งระบุ DNA ในสามมิติด้วยแท็กเคมีเรืองแสง

แม้ว่าข้อมูลเชิงโครงสร้างอาจบ่งชี้ว่าบริเวณใดของนิวคลีโอมมีปฏิสัมพันธ์กัน แม้แต่แผนที่ที่คมชัดที่สุดก็ไม่ได้บอกอะไรเกี่ยวกับความหมายของปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวต่อเซลล์ หรือปฏิสัมพันธ์เหล่านั้นเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร นักวิทยาศาสตร์ต้องการเข้าใจว่าโครงสร้างของจีโนมเชื่อมโยงกับกิจกรรมทางพันธุกรรมที่สร้างและควบคุมสิ่งมีชีวิตอย่างไร และความเข้าใจนี้จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ในมิติที่สี่

เวลาผ่านไป

นิวเคลียสมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา “เวลาหมายความว่าสิ่งเร้ากำลังเกิดขึ้น” ไอเดนกล่าว เซลล์อาจเปลี่ยนกิจกรรมเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง หรือในขณะที่มนุษย์ออกไปวิ่งหรือเข้านอน

เพื่อสำรวจความเชื่อมโยงระหว่างสถาปัตยกรรมของนิวเคลียสกับการกระทำที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลา Rajapakse และเพื่อนร่วมงานของเขาได้สร้างการแสดงตัวเลขของความสัมพันธ์ระหว่างรูปร่างและหน้าที่ในจีโนมมนุษย์ในช่วงเวลา 56 ชั่วโมง ทีมงานได้จับคู่การวิเคราะห์โครงสร้างเข้ากับเทคนิคที่ใช้วัดว่าคำสั่ง DNA ใดที่กำลังอ่านและปฏิบัติตามในเวลาใดก็ตาม

เกือบ 2,000 ยีนเปลี่ยนรูปร่าง กิจกรรม และตำแหน่งของพวกเขานักวิจัยรายงานในนิวเคลียสโดยสัมพันธ์กับยีนอื่นอย่างน้อยหนึ่งยีนในนิวเคลียสการดำเนินการของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติในเดือนมิถุนายน ยีนสองตัวที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมวงจรในแต่ละวันของร่างกาย (SN: 25/07/58 น. 24--นาฬิกาและเปอร์2เต้นประสานเสียงเข้าหาและออกจากกันในรูปแบบ 24 ชั่วโมงที่เชื่อถือได้ โดยเพิ่มและลดกิจกรรมที่ขัดแย้งกัน แม้แต่ในแผนที่ Hi-C ที่แสดงลูปและการเชื่อมต่อของบิตจีโนมที่อยู่ห่างไกล ยีนทั้งสองก็อยู่ห่างกันเกินกว่าที่จะแสดงการสัมผัสทางกายภาพได้

นักวิจัยกล่าวว่าการวิเคราะห์โครงสร้างที่มีอยู่อาจพลาดปฏิสัมพันธ์ที่สำคัญระหว่างยีนที่อยู่ห่างไกล Rajapakse กล่าวว่าการทำความเข้าใจความสัมพันธ์แบบไดนามิกระหว่างโครงสร้างนิวเคลียร์และหน้าที่ทางพันธุกรรมคืออนาคตของการวิจัยนิวเคลียส นักวิทยาศาสตร์หวังว่าการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ของจีโนมจะระบุความแตกต่าง 4 มิติที่สำคัญระหว่างเซลล์ประเภทต่างๆ และระหว่างเซลล์ที่มีสุขภาพดีและเซลล์ที่เป็นโรค

สร้างสุขภาพ

นักวิทยาศาสตร์รู้อยู่แล้วว่าการรบกวนนิวเคลียสสามารถทำให้เกิดโรคได้ หากส่วนที่ไม่ถูกต้องของจีโนมมาอยู่ติดกัน การควบคุมที่มีไว้สำหรับยีนหนึ่งอาจถูกนำไปใช้กับยีนอื่นได้ ซึ่งส่งผลให้เกิดปัญหา ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในเดือนพฤษภาคมเซลล์ทีมนักวิจัยนานาชาติได้ผลิตความผิดปกติของแขนขาในหนูโดยการสร้างการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกติของมือและเท้าในมนุษย์ขึ้นมาใหม่ การลบหรือการวางรหัสพันธุกรรมบางส่วนผิดสามารถเปลี่ยนทิศทางของโครมาตินได้ในกรณีนี้ส่งผลให้เกิดการหลอมละลาย รูปร่างผิดรูป หรือตัวเลขเกิน ทีมงานแสดงให้เห็น

นิวเคลียสที่ถูกเปลี่ยนแปลงยังเชื่อมโยงกับความชราและความผิดปกติของความชราด้วย Hutchinson-Gilford progeria syndrome ซึ่งเป็นภาวะแก่ก่อนวัยที่ร้ายแรง เป็นผลมาจากการกลายพันธุ์ในยีนที่เข้ารหัส lamin A ซึ่งเป็นโปรตีนที่ปกติรองรับเยื่อหุ้มรอบนิวเคลียส ในโพรจีเรีย นิวเคลียสจะผิดรูปและโครมาตินเสียหาย

ในเดือนมิถุนายน มีการศึกษาที่ศาสตร์ นิวเคลียสที่ถูกกระจัดกระจายที่เชื่อมโยงกันไปสู่ภาวะแก่ก่อนวัยที่แตกต่างกัน โรคเวอร์เนอร์ (SN: 30/5/58 น. 13- กลุ่มอาการเวอร์เนอร์เกิดขึ้นเมื่อเซลล์ไม่สามารถผลิตโปรตีน WRN ที่ทำงานได้ ซึ่งทำให้โครงสร้าง 3 มิติของจีโนมเสถียร เช่นเดียวกับลามิเนตเอ ส่งผลให้คนหนุ่มสาวมีอาการต่างๆ เช่น โรคกระดูกพรุน ต้อกระจก และผมร่วง

แม้แต่เซลล์ที่มีสุขภาพดีก็ยังมีความเชื่อมโยงที่แน่นแฟ้นระหว่างโครงสร้างจีโนมกับการแก่ชรา นิวคลีโอมที่เก่ากว่าจะสะสมความเสียหายทางพันธุกรรมและดูเหมือนจะกระชับน้อยลง ในปี พ.ศ. 2549 นักวิทยาศาสตร์พบว่าเซลล์ที่แก่ชราตามธรรมชาติแสดงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันไปยังเซลล์ที่ถูกทำลายโดยโพรจีเรีย

การปรับตัวของนิวเคลียสยังมีบทบาทในการเป็นมะเร็งอีกด้วย ในความเป็นจริง ในปี 1914 นักชีววิทยาชาวเยอรมัน Theodor Boveri สร้างความเชื่อมโยงระหว่างมะเร็งและพันธุกรรม ขณะเดียวกันก็สังเกตโครมาตินที่มีรูปร่างผิดปกติของเซลล์มะเร็ง การจัดเรียง DNA จากโครโมโซมหนึ่งไปยังอีกโครโมโซมอาจทำให้เกิดเนื้องอกได้ การแลกเปลี่ยนทางพันธุกรรมบางอย่างพบเห็นได้บ่อยในมะเร็งบางชนิด ซึ่งสะท้อนถึงความใกล้ชิดของส่วนยืดเฉพาะของจีโนม

ในปี 2009 นักวิจัยระบุยีน 8 ยีนที่ถูกย้ายออกจากตำแหน่งนิวเคลียสปกติในเซลล์มะเร็งเต้านม ยีนถูกวางผิดที่จนคาดเดาได้นักวิทยาศาสตร์แนะนำให้พิจารณาตำแหน่งของยีนในนิวเคลียสซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ถึงมะเร็ง

บทบาทของนิวเคลียสต่อสุขภาพและความชราทำให้นักวิจัยมีกรอบการทำงานใหม่ในการศึกษาโรคในมนุษย์ Ren กล่าว สาขาวิชานี้ได้มาถึงขั้นที่นักวิจัยด้านพันธุศาสตร์สามารถใช้ข้อมูลเชิงลึกจากนิวเคลียสเพื่อทำความเข้าใจและชี้แนะการทดลองของตนเองได้ Aiden กล่าว “ไม่ใช่เฉพาะสำหรับผู้ที่หลงใหลในคำถามเกี่ยวกับจีโนมิกส์ 3 มิติเหล่านี้เท่านั้น”

เขาคาดการณ์ว่าความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับนิวเคลียสจะส่งผลต่อการแพทย์อย่างลึกซึ้ง “มีโรคหลายประเภทที่ผู้คนจะมีความคลาดเคลื่อนว่าวนเวียนอยู่ตรงไหน”

ยังต้องทำความเข้าใจอีกมากว่ารูปร่างของจีโนมกำหนดทิศทางการทำงานของมันอย่างไร แผนที่ในอนาคตอาจมุ่งเน้นไปที่บริเวณที่น่าสนใจของจีโนมเป็นศูนย์ Greenleaf กล่าว แต่เขาเตือนว่าการสำรวจทั่วไปที่เป็นกลางยังมีประโยชน์อีกด้วย การมุ่งเน้นไปที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งในนิวเคลียสอาจทำให้นักวิจัยพลาดข้อมูลโครงสร้างที่สำคัญไปในที่อื่น เขากล่าว

Rajapakse กล่าวว่าความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างการรวบรวมข้อมูลและการสร้างแบบจำลองเชิงปริมาณจะมีความจำเป็นเพื่อให้เข้าใจนิวเคลียสอย่างสมบูรณ์

“ข้อมูลจะนำทางเราให้สร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ จากนั้นเราก็สามารถคาดการณ์และไปที่ห้องแล็บได้” เขากล่าว โปรเจ็กต์ต่อไปของเขาจะสำรวจวิธีการใช้โครงสร้างและฟังก์ชันนิวเคลียร์เพื่อตั้งโปรแกรมระบบเซลลูล่าร์ใหม่ โดยเปลี่ยนองค์กรของนิวคลีโอมเพื่อเปลี่ยนเซลล์ประเภทหนึ่งให้กลายเป็นอีกเซลล์หนึ่ง เขากล่าว

เมื่อพวกเขามีกฎการจัดองค์กรของนิวคลีโอมแล้ว นักวิทยาศาสตร์บางคน รวมทั้งไอเดน หวังที่จะสร้างลูปจีโนมในห้องทดลอง เนื่องจากลูปควบคุมกิจกรรมของยีนอย่างแน่นหนา ลูปที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมจึงสามารถนำมาใช้ในการบำบัดด้วยยีนเป็นสวิตช์เปิด/ปิดทางชีวภาพสำหรับยีนที่แทรกเข้าไป Aiden กล่าว

แผนที่คุณภาพสูงของนิวเคลียสพร้อมที่จะเปิดเผยความจริงทางชีววิทยาอันอุดมสมบูรณ์ Aiden กล่าว เขามองว่างานที่อยู่ข้างหน้านั้นคล้ายคลึงกับดาราศาสตร์ในยุคแรกๆ เพื่อให้กาลิเลโอค้นพบว่าดาวพฤหัสบดีมีดวงจันทร์ หรือทางช้างเผือกเป็นกาแล็กซีที่เต็มไปด้วยดวงดาว เขาเพียงแค่ต้องเล็งกล้องโทรทรรศน์ไปในทิศทางที่ถูกต้อง

“ฉันรู้สึกเหมือนว่าแผนที่จีโนม 3 มิติมีคารมคมคายในลักษณะนั้น” ไอเดนกล่าว “เมื่อคุณมีปณิธานแล้ว…คุณก็อ่านชีววิทยาได้เลย”

---

บทความนี้ปรากฏในฉบับวันที่ 5 กันยายน 2015ข่าววิทยาศาสตร์โดยมีหัวข้อข่าวว่า “ภูมิประเทศนิวเคลียร์ที่เปลี่ยนแปลง: สถาปัตยกรรมของจีโนมมนุษย์เป็นเป้าหมายที่เคลื่อนไหว”