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ChIA-PET技术

  运用ChIA-PET技术解析基因组3D结构

  基因组的空间结构是基因表达的一个重要调控因素。3D基因组,即通过构象技术检测基因组范围内染色质互作,再利用互作网络数据构建模型,进而能以3D图像的形式展现细胞内染色质结构。ChIA-PET,即末端标签测序分析染色质互作技术,是最具应用前景的构象技术之一,在人类疾病研究中得到了重要应用[2-4],也正在动植物、微生物基因组研究中发挥日趋重要的作用。

  拟解决问题

  了解基因如何被线性距离遥远的元件所调控,确定转录因子结合位点及结合位点间的相互作用;发现新的基因表达调控元件;构建基因组范围内互作网络,基因表达调控网络;构建染色质的3D结构图,观察结构复杂程度;

  流程图

图1. ChIA-PET技术流程图[6]

  产品特点

  全基因组范围3D图谱;独创3C、ChIP、PET结合技术;检测转录因子结合位点间互作;

  应用范围

  人类基因组[1],鼠类基因组[5],及其它模式动植物基因组;

  菲沙优势

  硬件:  二、三代测序平台;高性能计算平台;美国独立3D基因组实验室;

  软件:  3D基因组分析软件;3D基因组control数据库;

  案例一

图2. RNAPII结合峰及染色质互作特征[1]

  Guoliang Li等人利用ChIA-PET技术,在人体细胞中,绘制了与RNA聚合酶 II 相关的长距离的染色质互作图,揭示了普遍范围的启动子为中心的基因内、基因外以及基因间互作。如图2,A图所示为RNAPII与基因体结合谱。B 为Violin plot(小提琴图),分别显示的是包含到及不包含到染色质互作中的RNAPII 峰的强度;C图,与RNAPII相关联的染色质模型:基本启动子(BP)与RNAPII结合但无互作,包含基因内互作或/和基因外互作的单基因(SG)复合体,互作簇中包含多个基因的多基因(MG)复合体。p代表启动子,g代表基因,e代表增强子。虚曲线代表可能的基因内成环,实曲线代表代表可能的增强子-启动子及启动子-启动子互作。数据结构:1和2,MCF7与K562的RNA–Seq 转录组测序数据;3,RNAPII结合峰及ChIA-PET数据。插图(底部):通过DNA-FISH与3C-qPCR对KLF4位点的基因外互作进行验证,这个位点处,KLF4启动子与增强子间隔1Mb.图中显示用于3C诱饵、测试及对照位点在基因组上的位置。这一位置也被应用于DNA-FISH.n代表细胞核数目,倍数x代表接近<1 um的距离内例子数目倍数变化。统计了三次独立3C-qPCR实验结果的平均值及均值标准误差(SEM).D图,染色质模型(BP, SG, MG)的分布及其所包含的基因数目。

  案例二

图3. ChIA-PET技术在鼠体内细胞中鉴定的基因簇[5]

  Kieffer-Kwon等人通过构建鼠内基因调节区互作图谱来揭示转录调节的基本规则。图3中A所示,活性B细胞中单启动子簇将1231个基因启动子连接到至少一个增强子。右侧:例如,Gpr183启动子(蓝圈)通过76个互作被关联到12个增强子(红圈).结合在增强子外部的PETs用灰色圈代表,圈的大小是根据结合的PETs的绝对数目来确定的。B图,Cd83单基因簇的相互作用。C图,B细胞内鉴定出1481个多启动子簇,其中Rela簇展示了66个基因间的398个相互作用关系。D图,PolII与lncRNA E85930, Clec2d, and Cd69之间的关联。启动子与增强子已用方框圈住,PETs的数目在括号中说明。E图,与微量(no detectable FPKM),低(<0.9 FPKM)或高转录lncRNAs相关的基因转录水平。

  参考文献

  1.  Li, G. et al. Extensive promoter-centered chromatin interactions provide a topological basis for transcription regulation. Cell 148, 84-98 (2012).

  2.  Zhang, Y. et al. Chromatin connectivity maps reveal dynamic promoter-enhancer long-range associations. Nature 504, 306-10 (2013).

  3.  Fullwood, M.J. et al. An oestrogen-receptor-alpha-bound human chromatin interactome. Nature 462, 58-64 (2009).

  4.  Fanucchi, S., Shibayama, Y., Burd, S., Weinberg, M.S. & Mhlanga, M.M. Chromosomal contact permits transcription between coregulated genes. Cell 155, 606-20 (2013).

  5.  Kieffer-Kwon, K.R. et al. Interactome maps of mouse gene regulatory domains reveal basic principles of transcriptional regulation. Cell 155, 1507-20 (2013).

  6.  Zhang, J. et al. ChIA-PET analysis of transcriptional chromatin interactions. Methods 58, 289-99 (2012).