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Nature Genetics丨三維基因組學(xué)研究新方法獲重要進展

信息來源：金開瑞作者：genecreate 發(fā)布時間：2018-05-02 17:01:41

4月26日，武漢金開瑞生物工程有限公司技術(shù)顧問、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授，曹罡課題組與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李國亮教授課題組在國際著名期刊Nature Genetics上聯(lián)合發(fā)表題為“Digestion-ligation-only Hi-C is an efficient andcost-effective method for chromosome conformation capture”的研究論文。該論文主要介紹了一種新的染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)（DLO Hi-C），為解析基因組三維結(jié)構(gòu)提供了一種新型、高效、經(jīng)濟的研究方法。

基因組三維空間結(jié)構(gòu)與功能的研究簡稱三維基因組學(xué)（Three-Dimensional Genomics,3D Genomics），是指在考慮基因組序列、基因結(jié)構(gòu)及其調(diào)控元件的同時，對基因組序列在細(xì)胞核內(nèi)的三維空間結(jié)構(gòu)，及其在基因轉(zhuǎn)錄、調(diào)控、復(fù)制和修復(fù)等生物過程中功能的研究。染色體是由DNA與組蛋白共同組成，從染色體的一級結(jié)構(gòu)（繩珠模型）到四級超螺旋折疊結(jié)構(gòu)，DNA分子一共被壓縮了8400倍左右，正是這些折疊和壓縮，導(dǎo)致基因在細(xì)胞中的分布復(fù)雜而又有序，只有了解清楚染色體區(qū)域（A/B compartments、TADs、Loops），才可以將基因組上原本分散的遠(yuǎn)距離調(diào)控元件與其具體調(diào)控區(qū)域更好的關(guān)聯(lián)起來，對理解基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控、增強子與啟動子的相互作用、疾病易感位點、DNA損傷修復(fù)、基因組結(jié)構(gòu)變異和表觀遺傳有著重要的意義。
科學(xué)家們對染色體三維結(jié)構(gòu)的研究很早就開始了，但是相關(guān)的研究一直不夠深入，同時缺乏微觀的證據(jù)。直到2003年Job Dekker及其合作者提出了染色質(zhì)構(gòu)象捕獲技術(shù)（Chromatin Conformation Capture,3C），用于測定特定的點到點之間的染色質(zhì)交互作用。隨后，科學(xué)家們擴展了3C技術(shù)，開發(fā)了4C技術(shù)（Circularized Chromatin Conformation Capture），用于測定一點到多點之間的染色質(zhì)交互作用。Dostie等人接著開發(fā)了5C技術(shù)（Carbon-Copy Chromatin Conformation Capture），用于測定多點到多點之間的染色質(zhì)交互作用。
為了能捕獲全基因組范圍的染色質(zhì)相互作用，Job Dekker研究組又開發(fā)出了現(xiàn)在大家所熟知的Hi-C技術(shù)。Hi-C技術(shù)是三維基因組學(xué)的主要研究方法，但存在實驗成本高、數(shù)據(jù)噪音大、實驗過程繁瑣等缺點。為解決這些問題，曹罡教授及其合作者提供了一種新的DLO Hi-C染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)（digestion-ligation-only Hi-C , DLO Hi-C），設(shè)計了巧妙的酶切位點，采用同時酶切酶連的方式，將DNA接頭連接在染色體內(nèi)切酶切口末端上，然后進行鄰近酶連，最后再用MmeI內(nèi)切酶酶切消化，回收固定大小互作DNA片段，從而大大地降低了測序背景數(shù)據(jù)噪音，獲取的測序數(shù)據(jù)質(zhì)量高于傳統(tǒng)Hi-C。DLO Hi-C技術(shù)還可以用于染色體易位位點篩選。

DLO Hi-C技術(shù)使全基因組染色體構(gòu)象捕獲實驗的成本大大的降低，同時簡化了實驗步驟，使得實驗成功率顯著提高，對輔助基因組組裝、解析基因組遠(yuǎn)程調(diào)控元件的功能、理解疾病易感位點以及檢測染色體結(jié)構(gòu)變異有著重要的意義。Nature Genetics同期發(fā)表專門評論性文章，對曹罡教授及其合作者的研究工作給予了較高評價“Lin et al. introduce an elegant dual-linkerstrategy that allows for noise filtering and early quality control.”