著絲粒位于染色體的中心（圖片來源：密歇根大學）

11月15日，《Genome Research》期刊最新發表了一篇題為“Rapid molecular assays to study human centromere genomics”文章，揭示了一種研究著絲粒基因組的新技術，且找到最常見出生缺陷——唐氏綜合征背后的致病機理。

“最新研究讓我們有機會了解到著絲粒的動態，以及這些DNA序列在進化、疾病過程中是如何變化的。” 文章作者、密歇根大學的內科醫學助理教授Rafael Contreras-Galindo表示，“有了這些成果，我們能夠探究著絲粒DNA不穩定對其功能的影響。”

1著絲粒

真核細胞的每一條染色體都具備一個著絲粒（centromere），它位于染色體的中心位置，是引發出生缺陷、癌癥和其他細胞分裂異常相關疾病的關鍵“嫌疑犯”。

著絲粒是將復制的染色體得以均等分配到子細胞的關鍵。為了完成這一過程，分裂的細胞會形成紡錘體，并于每一條染色體的著絲粒相連。當細胞分裂時，紡錘體收縮，在著絲粒的作用下，染色體的兩條姐妹染色單體分開。一旦著絲粒不穩定，染色體很有可能難以“一分為二”，從而導致子細胞攜帶異常數量的染色體。

絕大多數生物的著絲粒都是由高度重復的串聯序列構成的，這一特殊性增加了測序和研究的難度。

2新技術

現在，密歇根大學的研究團隊開發了一種新技術，將原先復雜、耗時的著絲粒DNA分析過程升級為一項快速、簡易的任務。這一改變可以加快對著絲粒相關疾病的研究。

一開始，研究團隊并沒有直接研究著絲粒。內科學教授David Markovitz和團隊最初更想了解隱藏在基因組中的病毒DNA。這些人類內源性逆轉錄病毒（HERVs）已經在人類的基因組中潛伏多年，并代代相傳。

研究團隊曾在艾滋病患者的血液中找到了一種未知的人類內源性逆轉錄病毒RNA。而且，這些病毒RNA位于某些染色體的著絲粒邊緣區域。他們將病毒命名為K111和K222。其中，K111被發現存在于15條染色體的著絲粒序列中，且每一個都發生了輕微的改變。這表明，隨著時間，著絲粒的遺傳物質會交換至其他染色體上。

以病毒序列為切入點，研究人員借助PCR快速、簡易地識別出細胞內幾乎所有染色體的著絲粒，并在半小時內分辨出它們。最終，他們成功構建了23條染色體（除19號染色體之外的所有常染色體，以及X、Y染色體）著絲粒的DNA重復模式。

3探索與唐氏綜合征的關聯

研究團隊以唐氏綜合征為切入點，比較了正常人與患者之間著絲粒基因組的差異。結果顯示，對于唐氏綜合征患者而言，其21號染色體（包括著絲粒以及近著絲粒區域）存在很大的不穩定性——著絲粒DNA出現丟失和重排。因此，研究團隊提出假說：著絲粒的不穩定，導致患者分配到的染色體數量異常。

而且，相比于正常人，唐氏綜合征患者體內一種關鍵蛋白（與著絲粒DNA結合、協助紡錘體附著結構形成）的表達量異常高。

參考資料：1）New approach to studying chromosomes' centers may reveal link to Down syndrome and more