3D基因組的結構與組成

    生命體的遺傳功能元件，包括編碼基因、非編碼基因、順式調控元件等，在空間結構上，并不是在染色體上呈線(xiàn)性地一字依次排開(kāi)，而是隨著(zhù)DNA形成復雜高級結構的同時(shí)，具備了三維組織形式。

    如下圖所示，DNA雙鏈像糾纏在一起的電話(huà)線(xiàn)一樣，一圈圈地螺旋纏繞，壓縮，最終形成染色質(zhì)。我們可以看到30nm的核纖維經(jīng)過(guò)環(huán)形折疊形成染色質(zhì)。這種結構使得一維層面上相隔比較遠的DNA區域反而靠的更近。比如下圖中的ABCD四個(gè)點(diǎn)，若以A為參照物，C比B遠，但由于基因組形成了高級結構，反而把A和C拉得更近。這個(gè)示意圖還提示了另外一個(gè)問(wèn)題，即同一條染色體上的某些區域，可能很難互相接觸，比如B和D之間就，被環(huán)狀結構給隔開(kāi)了。

    DNA這種相對穩定的高級結構，是由蛋白質(zhì)來(lái)維持的。這些蛋白大多是一些轉錄因子、輔助因子等調控元件，其中CTCF是一個(gè)重要的成環(huán)蛋白。除了這些調控元件外，還有需要一類(lèi)重要的蛋白去穩固這種高級結構，這類(lèi)重要的蛋白就是黏著(zhù)蛋白，它由SMC1、SMC3、RAD21和STAG1/2組成，其中SMC1和SMC3頭尾相連組成一個(gè)環(huán)形，兩蛋白的尾部是由相互作用的，緊密靠在一起，其頭部游離，RAD21與兩個(gè)蛋白的頭部相結合，STAG1/2蛋白進(jìn)一步加固結合。黏著(zhù)蛋白是一個(gè)蛋白復合物，它像戒指一樣固定在環(huán)的開(kāi)口處，維持環(huán)的穩定性，標志性的黏著(zhù)蛋白為RAD21蛋白。

    這種環(huán)形結構在體內并不是松散排布的。這些環(huán)形的染色質(zhì)折疊讓一些DNA片段彼此靠近并發(fā)生互作，這樣的區域稱(chēng)為拓撲相關(guān)結構域TAD，TAD是非常長(cháng)的DNA片段，在其中DNA形成了包含組蛋白、調節蛋白和轉錄因子的大型三維結構。每個(gè)TAD包含一個(gè)或多個(gè)基因連同其所有的調控元件。它們的結構在進(jìn)化上是保守的，可能存在于不同的細胞類(lèi)型以及各種物種中。一段TAD內的調控元件只能在“它們”的TAD中起作用；相反，在鄰近TAD中的基因不受它們的影響。TADs通過(guò)許多邊界元件隔開(kāi)的，其中CTCF就是一個(gè)重要的TAD邊界元件。

• 1 . 3D基因組概述
  • 1.1. 染色質(zhì)拓普結構
  • 1.2. 基因組的結構構成
• 2 . 3D基因組模型研究
  • 2.1. 3D基因組的調控模型
  • 2.2. 3D模型構建實(shí)例
• 3 . 3D基因組主要實(shí)驗技術(shù)
  • 3.1. 3D基因組之ChIP-seq
  • 3.2. 3D基因組之Hi-C
  • 3.3. 3D基因組之模型驗證