Defining genome architecture at base-pair resolution | Nature
在高等真核生物中戚炫，許多基因受到遠離啟動子的104-106個堿基對(bp)的增強子的調(diào)控氓栈。增強子包含轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(通常在7-22bp 左右) 夺欲，并且啟動子和增強子之間的物理接觸被認為是調(diào)節(jié)基因表達所必需的刁品。雖然染色質(zhì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛地定位在1千堿基及以上的分辨率; 在決定基因表達的蛋白質(zhì)的尺度上定義物理接觸是不可能的痹束。在這里雄坪，我們使用一種染色體構(gòu)象捕獲方法(Micro-Capture-C)來詳細定義這些相互作用驱犹，這種方法能夠在基對分辨率下確定不同類別監(jiān)管元素之間的物理接觸。我們發(fā)現(xiàn)增強子息堂、啟動子和 CTCF (CTCF)位點之間存在高度點狀的接觸嚷狞，我們表明轉(zhuǎn)錄因子在維持增強子和啟動子之間的接觸中起重要作用。我們的數(shù)據(jù)顯示，當活性啟動子和增強子位于中間的染色質(zhì)內(nèi)時感耙，CTCF 位點之間的相互作用增加褂乍。這支持了染色質(zhì)環(huán)擠出1依賴于活性啟動子和增強子上的粘附素負載的模型持隧，這解釋了組織特異性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域的形成而不改變 CTCF 結(jié)合即硼。
我們開發(fā)了一種高分辨率的3C 方法(Micro-Capture-C (MCC)) ，它允許我們在單個轉(zhuǎn)錄因子的分辨率下確定調(diào)控元件之間的物理接觸屡拨，從而獲得對基因調(diào)控的獨特見解只酥。與所有其他可用的3C 方法相比，分辨率顯著增加呀狼，包括 Hi-C2裂允，Micro-C3,4,5，啟動子捕獲 Hi-C6,4C7和下一代(NG)捕獲 -C8(圖1)哥艇。這是通過結(jié)合 NG Capture-C8方法的五個進步(擴展數(shù)據(jù)圖1)實現(xiàn)的绝编，該方法目前為來自個人視角的3C 數(shù)據(jù)提供了最大的靈敏度和分辨率9。首先貌踏，用微球菌核酸酶(MNase)代替限制性內(nèi)切酶十饥。MNase 片段基本上獨立于 DNA 序列3,10，我們發(fā)現(xiàn)亞核小體細節(jié)可以通過滴定 MNase 來維持核小體間接頭來解析(擴展數(shù)據(jù)圖2a)祖乳。其次逗堵，我們發(fā)現(xiàn)通過使用用洋地黃素透化的完整細胞使核結(jié)構(gòu)的破壞最小化，可以顯著提高分辨率眷昆，而以前的3C 方法主要在溶液或純化的細胞核中使用染色質(zhì)蜒秤。第三，我們從個人觀點(每120bp 觀點多達500,000個獨特聯(lián)系人(平均140,000))產(chǎn)生了非常深入的數(shù)據(jù)(補充表1)亚斋。這相當于使用 Hi-C 和 Micro-C 等“所有與所有”方法獲得的數(shù)據(jù)深度的1,000倍以上(這種覆蓋全基因組深度需要超過3萬億個連接連接)作媚。第四，我們通過直接測序不同位點讀數(shù)之間的連接連接來生成具有堿基對精度的接觸圖帅刊。這是通過將 MNase 3C 文庫超聲處理至200bp 片段并用300bp 讀數(shù)進行測序(擴展數(shù)據(jù)圖1) 纸泡，從配對末端測序中重建單個讀數(shù)來實現(xiàn)的。第五厚掷，開發(fā)了一個新的分析管道弟灼，使連接連接精確定位和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用重建(擴展數(shù)據(jù)圖1)。與其他 Capture-C 方法一樣冒黑，MCC 可以在一個實驗中同時并行地研究大量的觀點田绑。在原代小鼠紅細胞和胚胎干細胞(ES)中，從330個觀點產(chǎn)生了全基因組圖譜抡爹，包括啟動子掩驱、增強子和 CTCF 結(jié)合位點。數(shù)據(jù)具有高度可重復性，MNase 消化對照的測序顯示橫跨整個基因組欧穴，并且沒有偏向于超敏位點的偏好(擴展數(shù)據(jù)圖2b民逼，c)。未捕獲的 MNase 3C 文庫的測序顯示沒有明顯的序列偏差涮帘，盡管觀察到對超敏位點的偏倚的次要證據(jù)拼苍，這可能是由于連接的變異性而不是 MNase 切割。值得注意的是调缨，這種效應的校正并沒有明顯地改變接觸輪廓或檢測到的峰值(擴展數(shù)據(jù)圖2b-f 和補充表2)疮鲫。
圖1: 在 α-珠蛋白基因(Hba-a1和 Hba-a2)的啟動子處的紅細胞中 MCC 與其他3C 技術的比較顯示 MCC 提供的分辨率顯著增加。
圖2: MCC 定義了啟動子和增強子之間在許多特征明顯的位點上的高度特異性接觸弦叶。
