Aukštesniųjų eukariotų genomas turi sudėtingą trimatę erdvinę struktūrą, tokią kaip chromatino kilpos (chromatino kilpos), topologiškai susiję domenai (TAD), aktyvūs / neaktyvūs chromatino skyriai (A / B skyriai) ir chromosomų domenai (chromosomų teritorijos). skirtingos svarstyklės. Šios struktūros yra svarbios norint palaikyti genomo stabilumą, tiksliai reguliuoti genų ekspresiją, taip įtakojant ląstelių likimą ir fenotipo nustatymą. Klasikinę 3D genomo struktūrą daugiausia atskleidžia įvairios didelio našumo technologijos, kurias reprezentuoja chromosomų konformacijos fiksavimas (3C) ir išvestiniai metodai, tokie kaip 4Cs, 5C, Hi-C ir ChIA-PET. Šios technologijos gali užfiksuoti porines DNR sekas branduolyje, tačiau nesugeba užfiksuoti sinergetinės daugialypės sąveikos (daugiakryptis kontaktas) ir vienos molekulės topologijos (vieno alelio topologijos) ląstelių populiacijose. Be to, genominės 3D struktūros dinamiškai keičiasi ląstelių ciklo, vystymosi ir diferenciacijos metu ir yra susijusios su chromatino sąveika keliuose genuose ir reguliavimo intervalais. Chromosomos vienos molekulės topologijos gavimas ląstelių populiacijoje yra svarbus norint ištirti dinaminį genomo lankstymo mechanizmą ir ryšį su genų reguliavimo funkcijomis.
Hou Chunhui, Kinijos mokslų akademijos Kunmingo zoologijos instituto tyrėjas ir Xiao Chuanle, Sun Yatsen universiteto Zhongshan oftalmologijos centro asocijuotas tyrėjas, paskelbė mokslinį darbą „Highthroughput Pore-C atskleidžia vieną alelį“. 3D genomo lankstymo topologija ir ląstelių tipo specifiškumas Nature Communications (Nature Communications). Šis darbas optimizuoja didelio našumo Pore-C metodą, žymiai padidina aukštesnės eilės chromatino sąveikos aptikimo srautą ir atskleidžia vienos molekulės topologinę įvairovę ir trimačio genomo ląstelių specifiškumą.
Santykinai mažo „Pore-C“ technologijos sekos našumo priežastis gali būti sekvenavimo nanoporų šerdies blokada, nes baltymas, susietas su DNR, nėra visiškai pašalintas. Siekiant išspręsti šią problemą, tyrimai optimizavo fermentines sąlygas, išbandė daugialypės proteolizės ir mišrių proteazių strategiją, padidino sekos derlių maždaug 80 procentų ir beveik padidino šios technologijos naudojimo sąnaudas. Be to, mes sukūrėme MapPore-C lygiavimo procesą integruodami NGMLR ir Minimap2 derinimo algoritmus, kurie žymiai pagerino derinimo tikslumą ir mažą duomenų panaudojimą. Tuo tarpu mes patikrinome, ar HiPore-C gali labai atkurti Hi-C fiksavimo pagrindu sukurtas chromatino kilpas, su topologija susijusius domenus ir chromatino srities skyrius, palyginus su Hi-C duomenimis. Be to, tyrime buvo ištirta didelės eilės sąveika tarp chromosomų, dauguma sąveikų vyksta ne tarp telomerų ir centriolių, o genominiuose regionuose ir sudaro du transkripcijos aktyvumo skirtingą sąveikos centrą, vieno koncentratoriaus geno tankį, stipriklio tankį ir aktyvią su chromatinu susijusio epigenetinę būseną. modifikacijų lygiai yra aukštesni. Tyrimas taip pat parodė, kad tarp chromosomų vyksta aukšto dažnio sąveika tarp kelių chromosomų tRNR genų praturtintų regionų. HiPore-C aukšto lygio sąveika vyksta ne tik TAD ir skyriuje, bet ir apima kelis skyrius, topologiškai susijusius domenus ir chromatino kilpas. Chromatino sąveikos žemėlapiai, pagrįsti tiesiogine ir netiesiogine DNR fragmentų sąveika, paprastai yra panašūs į įprastus Hi-C žemėlapius, tačiau netiesioginė DNR fragmentų sąveika dažniau apima kelis struktūrinius vienetus. Aukščiau pateikti tyrimai atskleidžia chromatino domenų sąveikos universalumą ir pabrėžia HiPore-C technologijos pranašumus ir svarbą sprendžiant trijų dimensijų aukšto laipsnio sąveikas vienos molekulės lygiu.
Aptariame vienos molekulės topologijos grupes skirtingų tipų ląstelių topologijoje. Šios struktūrinės klasteriai yra į subTAD panašių (į subTAD panašių) domenų, turinčių akivaizdų ląstelių specifiškumą, formavimosi pagrindas, o tai rodo, kad vienos molekulės topologinė įvairovė yra TAD domeno dalijimosi ląstelių populiacijose pagrindas ir yra labai reikšminga ištirti ryšį tarp erdvinio genomo organizavimo ir ląstelių specifinės genų ekspresijos. Be to, tyrimuose buvo naudojami HiPore-C duomenys, siekiant palyginti aukštesnės eilės sąveiką globino lokuse eritroidinėse GM12878 ląstelėse. Mes nustatėme, kad tarp žmogaus ε ir globino genų promotorių ir daugelio stiprintuvų susidaro kelių vietų vienu metu veikiantys specifiniai ląstelėms stipriklio-promotorių centrai, ir kad ši sąveika gali būti dinamiška. HiPore-C gebėjimas užfiksuoti tiek aukšto laipsnio sąveiką, tiek DNR metilinimo būseną, taip pat teigiamą koreliaciją tarp DNR metilinimo signalo ir sąveikos stiprumo tarp chromatino kilpos inkarų, be to, chromatino skyriaus tipą galima tiksliai atskirti pagal DNR. metilinimo lygis (A prieš B). Šis tyrimas sukūrė HiPore-C techniką, kuri gali išsamiai apibūdinti vienos molekulės topologijos įvairovę, ir atskleidė, kad dinaminis vienos molekulės topologijos lankstymas yra sudėtingesnis nei manyta anksčiau, o tai dar labiau sustiprino trimačio genomo lankstymo dėsnio pažinimą. .
