如何理解chromatin loops染色質(zhì)

這篇文章給大家介紹如何理解chromatin loops染色質(zhì)，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對(duì)大家能有所幫助。

利用5kb分辨率的Hi-C基因組互作圖譜，科學(xué)家識(shí)別到了chromatin loop這種染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，

通過(guò)對(duì)不同分辨率的Hi-C圖譜進(jìn)行分析，檢測(cè)到了不同層級(jí)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從高到低依次為A/B compartments, subcompartments, TAD, chromation loop。Hi-C圖譜和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下

早期研究中利用1MB的Hi-C圖譜 ，定義了每條染色質(zhì)包含了A和B兩個(gè)compartments。該文章中對(duì)100kb分辨率的HI-C圖譜進(jìn)行聚類分析，發(fā)現(xiàn)A/B compartments進(jìn)一步分成了6個(gè)子類，即subcompartments。對(duì)每條染色質(zhì)的Hi-C圖譜進(jìn)行不同算法的聚類分析，除了19號(hào)染色質(zhì)外，都得到了5個(gè)cluster，對(duì)于19號(hào)染色質(zhì)，得到了6個(gè)cluster。

通過(guò)分析這些subcompartments與A/B compartments的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其中2個(gè)屬于A compartments, 標(biāo)記為A1和A2, 另外4個(gè)屬于B comprtmants, 標(biāo)記為B1, B2, B3, B4。

對(duì)于TAD拓?fù)潢P(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)域的識(shí)別，首創(chuàng)了一種ArrowHead算法，核心是對(duì)歸一化之后的交互矩陣進(jìn)行變換，變化的公式如下

和DI的算法類似，i-d和i+d分別代表上下游的兩個(gè)bin, 如果i和上游bin互作頻率高，則A值為正數(shù)，如果和下游bin互作頻率高，則A值為負(fù)數(shù)，如果相等，則為0。示意如下

A圖中的正方形區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)TAD domain, 經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后，變成了圖B所示的形狀。對(duì)應(yīng)到整個(gè)互作矩陣上，看上去就是圖E所示的箭頭型。利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，識(shí)別變換后矩陣中的箭頭區(qū)域，就可以預(yù)測(cè)TAD domain。文章中識(shí)別到的TAD domain,長(zhǎng)度在40kb-3Mb，中位數(shù)為185kb。

對(duì)于染色質(zhì)環(huán)，定義為Hi-C圖譜中互作頻率比周圍相鄰區(qū)域都高的格子區(qū)域，這樣的區(qū)域稱之為peak , 而對(duì)應(yīng)的染色質(zhì)區(qū)域稱之為peak loci，如下圖中藍(lán)色圓點(diǎn)標(biāo)記的區(qū)域

如上圖所示，通過(guò)與四周區(qū)域的交互頻率進(jìn)行比較鑒定peak區(qū)域，這要去HI-C圖譜的分辨率在5kb以下。對(duì)于全基因組互作圖譜而言，這個(gè)計(jì)算量是非常大的，文章作者也提供了一種名為HiCCUPS的算法，集成在了開(kāi)發(fā)的juicer軟件中。

進(jìn)一步比較不同細(xì)胞系和不同物種間的染色質(zhì)環(huán)區(qū)域，結(jié)果如下

發(fā)現(xiàn)在不同細(xì)胞系間相對(duì)穩(wěn)定，在物種間也具有一定進(jìn)化保守性。對(duì)染色質(zhì)環(huán)的分布位置進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其處于TAD邊界處。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)環(huán)中有很大部分為promoter-enhancer loops， 這也解釋了增強(qiáng)子對(duì)靶基因的調(diào)控機(jī)制，雖然增強(qiáng)子與靶基因線性距離很遠(yuǎn)，但是增強(qiáng)子與靶基因啟動(dòng)子位于一個(gè)染色質(zhì)環(huán)上，空間距離近，通過(guò)與啟動(dòng)子結(jié)合調(diào)控靶基因。

對(duì)染色質(zhì)環(huán)對(duì)應(yīng)區(qū)域富集的各種mark進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其富集CTCF等轉(zhuǎn)錄因子, 如下圖所示

對(duì)于染色質(zhì)環(huán)的空間結(jié)構(gòu)，提出了如下模型

通過(guò)構(gòu)建5kb以下分辨率的Hi-C圖譜，可以識(shí)別染色質(zhì)環(huán)這種染色質(zhì)結(jié)構(gòu)單元。

關(guān)于如何理解chromatin loops染色質(zhì)就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，可以學(xué)到更多知識(shí)。如果覺(jué)得文章不錯(cuò)，可以把它分享出去讓更多的人看到。