Nature Methods：研究复杂基因组相互作用

来源：作者：人气：-发表时间：2023-06-20 10:51:00【大中小】

摘要：基因组结构制图捕捉基因组中复杂的、多向的相互作用。

直到20世纪80年代，拥有黑白电视机的人都不知道他们错过了什么，直到他们拥有了一台彩色电视机。类似的转变也可能发生在基因组学领域。

马克斯·德尔布赖克中心柏林医学系统生物学研究所(MDC-BIMSB)的研究人员已经开发出一种名为基因组结构测绘(GAM)的技术，可以窥视基因组，并以绚丽的彩色看到它。Pombo实验室在Nature Methods上发表的一项新研究报告称，GAM揭示了基因组空间结构的信息，而这些信息对于仅使用Hi-C(2009年开发的用于研究DNA相互作用的主要工具)的科学家来说是不可见的。

图1 研究人员开发出基因组结构测绘(GAM)技术可以窥视基因组

“在黑白电视上，你可以看到形状，但一切看起来都是灰色的，”分子生物学家、表观遗传调控和染色质结构实验室负责人Ana Pombo教授说。“但如果你有一台彩电，看看花，你会发现它们是红色、黄色和白色的，而我们却没有意识到这一点。同样，基因组在三维空间中折叠的方式也有我们没有意识到的信息。”

了解DNA组织可以揭示健康和疾病的基础。我们的细胞将一个2米长的基因组包裹在一个直径约10微米的细胞核中。这种包装是精确完成的，以便调控DNA在正确的时间与正确的基因接触，并打开或关闭它们。三维结构的改变会破坏这一过程并导致疾病。

该研究的第一作者之一、牛津大学的分子生物学家Robert Beagrie博士说:“我们早就知道疾病会在家族中遗传。最近，我们开始明白，这种倾向在很大程度上是因为我们从父母那里继承了影响我们基因开启和关闭方式的DNA序列变异。”

GAM提供了更复杂的信息

诸如Hi-C和GAM之类的技术使科学家能够冻结和研究调节序列和基因之间的相互作用。在Hi-C中，染色质被酶切成碎片，然后再粘合在一起，这样在测序时就能发现DNA的双向相互作用。2017年，Pombo团队在《Nature》杂志上首次描述了GAM，科学家们从单个细胞中取出数百个细胞核薄片，并从中提取DNA。他们对DNA进行测序，并对数据进行统计分析，以了解哪些区域相互作用。

图2 SWI/SNF的缺陷促进了真正的记忆T细胞形成

利用这项技术，研究小组绘制了一幅三维相互作用的地图。当他们将其与现有的利用Hi-C绘制的基因组3D图谱进行比较时，他们发现了许多新的相互作用。这让他们感到困惑，直到他们意识到他们使用GAM看到了更复杂的相互作用，DNA的多个区域同时聚集在一起。“这些更复杂的接触包含活性基因、调控区域和超级增强子，这些增强子调节决定细胞身份的重要基因，”Christoph Thieme博士说，他是该研究的第一作者之一，也是Pombo实验室的高级博士后。

相比之下，Hi-C捕获的主要是双向交互。这两种技术是互补的，因为GAM检测到的三分之二的接触用Hi-C是不可见的，反之亦然。

Beagrie说:“看到我们发现了一个非常强大的效应，我感到非常兴奋。很明显，这些复杂的相互作用比我们之前认为的要普遍得多。”

参考资料：

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