고등 진핵생물의 게놈은 염색질 루프(Chromatin loops), 위상학적으로 연관된 도메인(TADs), 활성/비활성 염색질 구획(A/B 구획) 및 염색체 영역(Chromosome territories)과 같은 복잡한 3차원 공간 구조를 가지고 있습니다. 다른 비늘. 이러한 구조는 게놈 안정성 유지, 유전자 발현의 정확한 조절에 중요하며, 따라서 세포 운명 결정 및 표현형 확립에 영향을 미칩니다. 게놈의 고전적인 3D 구조는 주로 염색체 형태 포착(3C) 및 4Cs, 5C, Hi-C 및 ChIA-PET와 같은 파생 방법으로 대표되는 다양한 고처리량 기술에 의해 밝혀집니다. 이러한 기술은 핵에서 쌍방향 DNA 서열을 포착할 수 있지만 세포 집단에서 상승적인 다중 사이트 상호 작용(다중 접촉) 및 단일 분자 토폴로지(단일 대립유전자 토폴로지)를 포착하지 못합니다. 또한, 게놈 3D 구조는 세포 주기, 발달 및 분화 동안 동적으로 변하고 여러 유전자 및 조절 간격에서 염색질 상호 작용과 관련됩니다. 세포 집단에서 염색체 단일 분자 토폴로지를 얻는 것은 게놈의 동적 폴딩 메커니즘과 유전자 조절 기능과의 연관성을 조사하는 데 중요합니다.
중국과학원 쿤밍동물연구소 연구원인 허우춘후이(Hou Chunhui)와 쑨원대학교 중산안과센터(Zhongshan Ophthalmology Center) 부연구원인 샤오촨러(Xiao Chuanle)는 High-throughput Pore-C가 단일 대립 유전자를 밝힌다는 제목의 연구 논문을 발표했습니다. Nature Communications(Nature Communications)에서 3D 게놈 폴딩의 토폴로지 및 세포 유형 특이성. 이 작업은 높은 처리량의 Pore-C 방법을 최적화하고 고차 염색질 상호 작용의 검출 플럭스를 크게 증가시키며 3차원 게놈의 단일 분자 위상 다양성 및 세포 특이성을 나타냅니다.
Pore-C 기술의 시퀀싱 처리율이 상대적으로 낮은 이유는 DNA에 가교된 단백질이 완전히 제거되지 않아 시퀀싱 나노포어 코어가 막혀 있기 때문일 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구는 효소 조건을 최적화하고 다중 단백질 분해 전략을 테스트하고 혼합 프로테아제를 사용하여 시퀀싱 수율을 약 80% 증가시켰으며 이 기술의 사용 비용을 거의 두 배로 늘렸습니다. 또한 NGMLR과 Minimap2 정렬 알고리즘을 통합하여 MapPore-C 정렬 프로세스를 개발하여 정렬 정확도와 낮은 데이터 활용도를 크게 개선했습니다. 한편 HiPore-C는 Hi-C 데이터와 비교하여 Hi-C 캡처 기반 염색질 루프, 위상 관련 도메인 및 염색질 영역 구획을 매우 잘 재현할 수 있음을 확인했습니다. 또한, 이 연구는 염색체 간의 고차 상호작용을 탐구했으며, 대부분의 상호작용은 텔로미어와 중심소체 사이가 아니라 게놈 영역에서 발생하며, 두 개의 전사 활성이 서로 다른 상호작용 허브, 하나의 허브 유전자 밀도, 인핸서 밀도 및 염색질 관련 후성유전학의 활성 상태를 형성합니다. 수정 수준이 더 높습니다. 이 연구는 또한 염색체 전반에 걸쳐 고주파 상호작용이 여러 염색체의 tRNA 유전자가 풍부한 영역 사이에서 발생한다는 것을 발견했습니다. HiPore-C 고차 상호작용은 TAD 및 구획 내에서 발생할 뿐만 아니라 여러 구획, 위상학적으로 관련된 도메인 및 염색질 루프에 걸쳐 있습니다. 직접 및 간접 DNA 조각 상호 작용에 기반한 크로마틴 상호 작용 지도는 일반적으로 기존의 Hi-C 지도와 유사하지만 간접 DNA 조각 상호 작용은 여러 구조 단위에 걸쳐 있을 가능성이 더 큽니다. 위의 연구는 염색질 도메인을 가로지르는 상호작용 존재의 보편성을 밝히고 단일 분자 수준에서 3차원 고차 상호작용을 해결하는 데 HiPore-C 기술의 장점과 중요성을 강조합니다.
우리는 다른 유형의 세포의 토폴로지에서 단일 분자 토폴로지 클러스터에 대해 논의합니다. 이러한 구조적 클러스터는 명백한 세포 특이성과 함께 하위 TAD 유사(subTAD 유사) 도메인의 형성을 위한 기초이며, 이는 단일 분자 위상적 다양성이 세포 집단에서 TAD 도메인 분할의 기초이며 게놈의 공간 구성과 세포 특정 유전자 발현 사이의 관계를 탐구합니다. 또한 연구에서는 HiPore-C 데이터를 사용하여 적혈구 GM12878 세포의 α-글로빈 유전자좌에서 고차 상호작용을 비교했습니다. 우리는 인간 ε - 및 - 글로빈 유전자 프로모터와 다중 인핸서 사이에 다중 사이트 동시 세포 특정 인핸서-프로모터 센터가 형성되고 이러한 상호 작용이 역동적일 수 있음을 발견했습니다. 고차 상호작용과 DNA 메틸화 상태를 모두 포착하는 HiPore-C의 능력, DNA 메틸화 신호와 염색질 루프 앵커 사이의 상호작용 강도 사이의 양의 상관관계, 추가로 염색질 구획의 유형은 DNA에 따라 정확하게 구별될 수 있습니다. 메틸화 수준(A 대 B). 이번 연구를 통해 단일분자 토폴로지의 다양성을 종합적으로 기술할 수 있는 HiPore-C 기법을 확립하고, 단일분자 토폴로지의 동적 폴딩이 기존에 생각했던 것보다 더 복잡함을 밝혀 3차원 게놈 폴딩 법칙에 대한 인지를 더욱 높였다. .
