几乎所有人类细胞的细胞核的直径仅有六微米，这大概是人头发宽度的三百分之一，但就是在这么小的空间里容纳了约三米长的DNA。作为所有细胞过程的指示，DNA必须能被细胞的转录机器所用，因此它需要进行紧密压缩以便能被细胞核容纳。科学家们一直认为，人细胞内约三米长的DNA在仅有六微米宽的细胞核内进行包装的方式影响到了基因的表达。而现在，科学家们首次证实，DNA的结构确实对基因表达有影响，他们同时找到了染色体结构和关键基因的表达及阻遏之间的关联。

“我们首次观察到，染色体的结构有助于对基因进行控制，”MIT的生物学教授Richard Young说。“过去对于染色体的结构如何影响基因控制存在各种各样的观点，现在其中的一种观点得到了实验验证并被证实是正确的。”

DNA支架的形成有一定的顺序，从DNA链包裹组蛋白形成核小体并形成念珠结构开始，到拓扑关联相似的区域与DNA球，DNA球含有多个与各种不同调控因子相互作用的DNA环，再到形成高度压缩的染色体为止。

Young的研究团队在小鼠胚胎干细胞（ESCs）中研究了在拓扑关联的结构域中发现的支架形态。科学家们已经得知，被称为Cohesin和CTCF的两种蛋白结合到了DNA上的重要的ESC基因所在处，但是他们不清楚这些蛋白是怎样影响DNA的三维组装的。利用一种称为ChIA-PET的技术，研究人员对这些蛋白相互作用的方式进行了研究。

“弄明白Cohesin/CTCF的哪些结合位点集中到了一起，我们开始了从线性地看待基因组到一系列DNA环相互作用的研究，这使得我们注意到了这些区域，这些超级增强子区域。在超级增强子区域内的DNA环含有基因表达的强化子，”Young实验室的博后Jill Dowen说。

Dowen和他的同事们的这一研究在线发表在了Cell上，在该研究中，他们对这些DNA环的结构进行了描述。

另一位博后，Hnisz，将这些环比喻成“礼包”，Cohesin和CTCF就像扎紧礼包的线，它们创造了DNA环以支撑蛋白强化或抑制基因表达。强化或抑制的效果仅针对礼包内的基因。在他们研究的ESCs基因中，科学家们鉴定了197个两侧有Cohesin/CTCF的环，这些环内含有活性基因和增强子，349个环内含有抑制基因。

有趣的是，当在小鼠神经前体细胞中对相似的结合有Cohesin/CTCF的环进行检定时，科学家们不仅发现这些细胞中存在这样的环，还发现这些环的位置和ESC基因组中的类似。当然，这些环的抑制或增强的功能在ESCs和更分化的细胞之间存在差别。这意味着，在细胞的分化过程中这些环仍然存在，尽管它们可能启动了对基因表达的作用。

研究人员计划在其他类型的分化细胞中对环的结构及位置进行研究，但是目前的这些新发现已经让他们感到很兴奋。

“对于‘基因表达是如何与染色体的结构相关联的’这个问题的认识，这项研究填补了一个很大的空缺，”Hnisz说。“这些机制中的缺陷会不会导致人类疾病的发生，对这个问题进行探索将会令人振奋。”