任兵教授最新《Nature》:基因組新圖譜
日期:2013-11-14 09:11:37
來自加州大學圣地亞哥分校Ludwig癌癥研究所的研究人員發表了題為“A high-resolution map of the three-dimensional chromatin interactome in human cells”的文章,利用一種新型全基因組3C分析技術,獲得了人體細胞染色質相互作用組的高分辨率基因組圖譜。這一研究成果公布在今天(11月14日)的Nature雜志上。
領導這一研究的是加州大學圣地亞哥分校的任兵(Bing Ren)教授,其早年畢業于中國科技大學,現為加州大學圣地亞哥分校Ludwig癌癥研究所基因調控實驗室主任,主要從事哺乳動物細胞基因調控網絡分析及細胞表觀遺傳學調控機制的研究。
雖然十年前我們就獲得了人類基因組序列的線性圖譜,但是對于其空間組織的破譯,還才剛剛起步。最近的研究表明,遠程基因組元件,如增強子和啟動子,能通過染色質相互作用被帶入其它區域,調控臨近位置的基因轉錄。這打破了我們之前對于基因調控的理解,也指出了三維染色質結構的重要性。
在分析基因組中這些元件遠程相互作用方面,有一種新技術逐漸受到重視,那就是染色體構象捕獲(3C)技術,這種技術正在改變我們對于基因組空間組織構架的理解。然而目前推測染色質相互作用,卻受限于兩個方面的困難:其一是生成高分辨率信號,其二是從多個背景來源中分辨信號。
在這篇文章中,研究人員采用了一種全基因組3C分析技術:Hi-C,完成了人成纖維細胞綜合染色質相互作用基因組圖譜。這勾畫出了全新染色質三維圖譜,將有助于分析靶基因轉錄調控重要機制。
Hi-C是一種3C衍生技術,基于交聯DNA與生物素linker的鄰近連接,能夠拉下(pull down)片段,接著進行高通量測序。從800萬個讀取對中,研究人員能產生了基因組范圍的接觸模型,分辨率在1 MB。
利用這種技術,研究人員以5-10 kb的分辨率,確定了超過一百萬遠距離的染色質相互作用,并針對不同基因組特征類型揭示了染色質組織的通用規律。
而且出乎研究人員意料的是,在分析TNF-α信號啟動子-增強子動力學特征過程中,他們發現TNF-α應答增強子在信號發出前就已經與其靶標啟動子進行了相互作用。這些預先就存在的染色質循環反饋同樣也出現在其它細胞外信號中。
這些研究結果表明染色質三維圖譜雖然之前是建立在某種特定細胞類型的基礎上,但是是相對穩定的,并通過廣泛的轉錄激活因子影響著靶基因的選擇和活性。
此外近期華盛頓大學的研究人員也利用Hi-C技術,開發出了LACHESIS程序,沿著染色體將基因組序列分配、排列和定位到它們的正確位置,包括靠近著絲粒的DNA。將這種新方法與其它便宜的、廣泛應用的測序方法相結合,產生了在染色體規模上的人、鼠和果蠅的基因組組裝。