Nature Methods：研究復雜基因組相互作用

來源：作者：人氣：-發表時間：2023-06-20 10:51:00【大中小】

摘要：基因組結構制圖捕捉基因組中復雜的、多向的相互作用。

直到20世紀80年代，擁有黑白電視機的人都不知道他們錯過了什么，直到他們擁有了一臺彩色電視機。類似的轉變也可能發生在基因組學領域。

馬克斯·德爾布賴克中心柏林醫學系統生物學研究所(MDC-BIMSB)的研究人員已經開發出一種名為基因組結構測繪(GAM)的技術，可以窺視基因組，并以絢麗的彩色看到它。Pombo實驗室在Nature Methods上發表的一項新研究報告稱，GAM揭示了基因組空間結構的信息，而這些信息對于僅使用Hi-C(2009年開發的用于研究DNA相互作用的主要工具)的科學家來說是不可見的。

圖1 研究人員開發出基因組結構測繪(GAM)技術可以窺視基因組

“在黑白電視上，你可以看到形狀，但一切看起來都是灰色的，”分子生物學家、表觀遺傳調控和染色質結構實驗室負責人Ana Pombo教授說。“但如果你有一臺彩電，看看花，你會發現它們是紅色、黃色和白色的，而我們卻沒有意識到這一點。同樣，基因組在三維空間中折疊的方式也有我們沒有意識到的信息。”

了解DNA組織可以揭示健康和疾病的基礎。我們的細胞將一個2米長的基因組包裹在一個直徑約10微米的細胞核中。這種包裝是精確完成的，以便調控DNA在正確的時間與正確的基因接觸，并打開或關閉它們。三維結構的改變會破壞這一過程并導致疾病。

該研究的第一作者之一、牛津大學的分子生物學家Robert Beagrie博士說:“我們早就知道疾病會在家族中遺傳。最近，我們開始明白，這種傾向在很大程度上是因為我們從父母那里繼承了影響我們基因開啟和關閉方式的DNA序列變異。”

GAM提供了更復雜的信息

諸如Hi-C和GAM之類的技術使科學家能夠凍結和研究調節序列和基因之間的相互作用。在Hi-C中，染色質被酶切成碎片，然后再粘合在一起，這樣在測序時就能發現DNA的雙向相互作用。2017年，Pombo團隊在《Nature》雜志上首次描述了GAM，科學家們從單個細胞中取出數百個細胞核薄片，并從中提取DNA。他們對DNA進行測序，并對數據進行統計分析，以了解哪些區域相互作用。

圖2 SWI/SNF的缺陷促進了真正的記憶T細胞形成

利用這項技術，研究小組繪制了一幅三維相互作用的地圖。當他們將其與現有的利用Hi-C繪制的基因組3D圖譜進行比較時，他們發現了許多新的相互作用。這讓他們感到困惑，直到他們意識到他們使用GAM看到了更復雜的相互作用，DNA的多個區域同時聚集在一起。“這些更復雜的接觸包含活性基因、調控區域和超級增強子，這些增強子調節決定細胞身份的重要基因，”Christoph Thieme博士說，他是該研究的第一作者之一，也是Pombo實驗室的高級博士后。

相比之下，Hi-C捕獲的主要是雙向交互。這兩種技術是互補的，因為GAM檢測到的三分之二的接觸用Hi-C是不可見的，反之亦然。

Beagrie說:“看到我們發現了一個非常強大的效應，我感到非常興奮。很明顯，這些復雜的相互作用比我們之前認為的要普遍得多。”

參考資料：

[1] Multiplex-GAM: genome-wide identification of chromatin contacts yields insights overlooked by Hi-C