TAD中的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)域分析是怎樣的

TAD中的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)域分析是怎樣的，相信很多沒有經(jīng)驗(yàn)的人對(duì)此束手無策，為此本文總結(jié)了問題出現(xiàn)的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個(gè)問題。

利用更低分辨率的Hi-C基因組互作圖譜，科學(xué)家對(duì)染色質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的了解不斷深入。主要介紹TAD這種結(jié)構(gòu)，TAD全稱如下

Topologically Assocaited Domain

中文譯作拓?fù)潢P(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)域，是一種首先在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)單元，對(duì)應(yīng)的文章發(fā)表在nature上，文章標(biāo)題如下

Topological Domains in Mammalian Genomes Identified by Analysis of Chromatin Interactions

pubmed的鏈接如下

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3356448/

將Hi-C基因組互作圖譜的分辨率提高到100kb以下，發(fā)現(xiàn)了互作圖譜中出現(xiàn)了一些self-interaction的區(qū)域，示意如下

基因組互作圖譜本質(zhì)是一個(gè)對(duì)稱矩陣，對(duì)角線兩側(cè)的信息是相等的。上圖中只取了原始方陣中對(duì)角線一側(cè)的信息，所以看上去是一個(gè)大的三角形，三角形的底邊對(duì)應(yīng)的是原始方陣中的對(duì)角線部分。

在上圖中，互作強(qiáng)度由弱到強(qiáng)，單元格的顏色由白色過渡到紅色。可以看到，在底邊出重復(fù)出現(xiàn)了一些小的三角形區(qū)域，這些區(qū)域內(nèi)部幾乎全部是紅色，說明這些區(qū)域內(nèi)部的染色質(zhì)片段間的互作頻率高，這樣的區(qū)域稱之為self-interaction區(qū)域，而相鄰的三角形區(qū)域間的互作頻率較低，如下圖所示

紅色三角形區(qū)域?qū)?yīng)TAD內(nèi)部區(qū)域的互作信息，而黑色區(qū)域?qū)?yīng)TAD之間的互作信息。呈現(xiàn)到三角形的互作圖譜上，對(duì)應(yīng)的就是底邊上有很多紅色的小三角形，而三角形對(duì)應(yīng)的互作區(qū)域則都為白色，科學(xué)家將這種重復(fù)出現(xiàn)的內(nèi)部互作頻率高，組間互作頻率低的domain定義為topologically assocaited domain, 簡稱TAD，對(duì)應(yīng)下圖中的模型

A和B對(duì)應(yīng)兩個(gè)TAD, 在TAD之間存在了一個(gè)邊界，稱之為TAD  doundary。為了準(zhǔn)確地識(shí)別染色質(zhì)中的TAD,定義了一種directionality index的統(tǒng)計(jì)量，簡稱DI，公式如下

將分辨率降低到40kb,對(duì)于每個(gè)40kb的bin來說，A代表這個(gè)bin與上游2MB區(qū)域的互作reads, B代表這個(gè)bin與下游2MB區(qū)域的互作reads,E代表A和B的均值，采用類似卡方檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的算法?？占僭O(shè)是這個(gè)bin與上游和下游的互作頻率相同。如果與上下游的互作頻率一致，則DI的值趨近于0。如下圖所示

可以看到從TAD的開始到終止，DI的值會(huì)有一個(gè)從正值逐漸減小到0，然后變?yōu)樨?fù)值，在不斷減小的情況。在TAD邊界處，DI的值突然趨近于0，因?yàn)檫吔缣幣c上下游的互作頻率幾乎相同，根據(jù)DI的這一分布規(guī)律，再結(jié)合隱馬爾可夫模型，最終在小鼠胚胎干細(xì)胞中識(shí)別到了2200多個(gè)TAD區(qū)域，長度的平均值為880kb。

進(jìn)一步分別對(duì)人和小鼠兩種不同細(xì)胞系中的TAD進(jìn)行識(shí)別和分析，發(fā)現(xiàn)TAD在不同細(xì)胞或者組織中相對(duì)穩(wěn)定，在不同物種間也具有一定的保守性，結(jié)果如下圖所示

為了進(jìn)一步探究TAD在染色質(zhì)上的分布特征，科學(xué)家分析了TAD邊界內(nèi)各種mark的分布情況。首先是CTCF，結(jié)果如下所示

發(fā)現(xiàn)在TAD邊界處存在CTCF的富集，但并不是說所有的CTCF都集中出現(xiàn)在TAD邊界處，所以進(jìn)一步由探究了其他mark，包括各種組蛋白修飾等的分布，結(jié)果如下

發(fā)現(xiàn)H3K4me3，H3K36me3, TSS， SINE重復(fù)元件等都有富集。進(jìn)一步分析了基因的分布情況，結(jié)果如下

發(fā)現(xiàn)管家基因在TAD邊界處存在富集。

通過40kb分辨率的Hi-C互作圖譜，鑒定到了TAD這種在哺乳動(dòng)物中存在的相對(duì)穩(wěn)定，且具有一定進(jìn)化保守性的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)單元。

看完上述內(nèi)容，你們掌握TAD中的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)域分析是怎樣的的方法了嗎？如果還想學(xué)到更多技能或想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！