ENCODE三维基因组ldquo架

要点:

生物体的所有细胞几乎都包含完全相同序列的基因组(下图左:单核模式)

Expressiondiversity:但是不同的细胞类型表达不同的基因表达程序(左二栏热图)

Structuraldiversity:并通过染色质相互作用Hi-C检测到不同的基因组拓扑互作。

Cell-to-Cellvariability:细胞决定类型特异性同型染色质-染色质相互作用驱动更高级别的基因组组织,并在不同细胞类型中产生独特的整体基因组拓扑,从而导致正常染色质(绿色)和异染色质(红色)的细胞类型决定模式。

PopulationHeterogeneity:同一种细胞类型中,染色质-染色质相互作用的异质性:体现在种群中产生了细胞间的变异性。这是升级版GWAS的特征概念。

知识体系:

一、基因组功能驱动基因组架构:

个别细胞类型由特定的基因表达程序定义。细胞类型的特征还在于全球基因组组织的不同模式,例如,异染色质域的程度和位置。一些考虑因素表明,细胞类型中活跃基因表达程序的性质会影响局部和全局的基因组组织架构(vanSteenselandFurlong,)。

,活跃或非活跃基因组区域的模式在细胞类型之间具有很大差异。不同细胞类型之间分析不同的基因集会会发现:不同的细胞类型的特定的染色质-染色质相互作用网络。

2,由于染色质-染色质相互作用驱动了更高级别的基因组组织架构,因此出现了染色质域TAD和区室的细胞类型特定配置亚细胞结构隔间Compartment。

3,“基因组功能是基因组组架构驱动”的一项测证据是:细胞类型之间随着谱系分离的增加,对应基因组表现形态应有所不同。与预测一致某项证据是,全能的胚胎干细胞(ESC)以低水平表达基因组的大部分,其特征是染色质基本均一,几乎没有完全抑制的异染色质,而分化的细胞表达不同的根据细胞类型,多组基因表现出广泛的基因组形态(SchlesingerandMeshorer,)。基于形态学特征以及在众多分化和发育过程中的相互作用作图,已记录了不同的局部和全局染色质拓扑结构的变化证据,包括造血干细胞,心脏发生,胚胎干细胞ESC分化,小鼠发育和衰老等等(Berteroetal,;Bonevetal,)。

二、基因活性也影响局部染色质架构。

,基因的活动和不活动的随机脉冲周期会产生染色质组织的周期性变化。在转录活跃期间,染色质保持开放状态,但在基因转录停止后会凝结,表明活跃的转录将染色质保持在开放状态(vanSteenselandFurlong,)。

例如,类固醇受体靶基因在用转录抑制剂处理后会迅速凝结(Mülleretal,),并且需要持续的转录以在甲型流感感染后维持开放的染色质结构(Heinzetal,)。

2,转录调控的急性抑情况导致基因组范围内局部启动子-增强子相互作用的全基因组损失,而不影响域TAD或隔间Compartment水平的高阶组织架构(Heinzetal,;Hsiehetal,)。

知识拓展:

,基因组生物学的一个中心问题是:结构特征如何注释单个基因功能和整个基因组的功能。2,基因组架构和功能之间的相关性比比皆是。最显着的是,异染色质的存在通常与转录抑制相关,而启动子-增强子环Loop的形成与靶基因的转录激活有关。

但是,大多数这些相关性是不完整的,一些观察结果指出了理解架构和功能之间相互作用的两个重要但仍未得到充分认识的概念:

,基因组功能是基因组结构的驱动力;尽管基因组的结构特征会影响其功能,但基因组的局部和整体活性也会通过反馈机制影响其结构。

2,越来越明显的是,结构特征并不是“0/模式”的开关元件,而是充当功能的调制器元件。

结论:基因组架构和功能之间的双向反馈特征调节作用(而非确定性或线性作用)相互结合,使基因组功能成为一个总体概率累积激活/抑制基因及通路的生命过程。

材料来源:

Cell

TheSelf-OrganizingGenome:PrinciplesofGenomeArchitectureandFunction

原文链接为该文:

T细胞




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