交大生物医学工程研究团队发表基因组结构重要成果

发布时间:2018-01-23

2018年1月15日,上海交通大学生物医学工程学院王宽诚讲席教授邵志峰和特别研究员Daniel Czajkowsky博士所指导的团队在著名期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上在线发表了题为“Sub-kb Hi-C in D. melanogaster reveals conserved characteristics of TADs between insect and mammalian cells”的学术论文,报道了果蝇细胞中染色质三维空间结构的重要研究进展。

真核生物中基因组的三维折叠在基本的生物学过程中,如细胞分化、转录调控、基因组复制及DNA修复,发挥了重要作用。鉴于真核生物中生物学基本过程的普遍保守性,研究人员一直推测基因组三维空间折叠的基本特征应该也是保守的。然而,果蝇基因组结构的研究发现,哺乳动物细胞中所发现的基因组重要结构特征之一,即拓扑结构域(TAD; topologically associated domains)是由复合蛋白CTCF及cohesin所定义,在果蝇中似乎并不成立。那么,这是否意味着昆虫和哺乳动物是通过不同的机制来构建TAD这一基本结构单元呢?这一问题的解决不但具有基本的生物学意义,也会为果蝇作为模式动物在染色质生物学中的应用提供了重要基础。

邵志峰教授和特别研究员Daniel Czajkowsky博士所领导的科研团队,应用超高深度Hi-C的方法,通过高分辨率重新解析果蝇基因组的TAD结构,不但发现TAD的实际数目是现有注释的10倍,而且整个基因组全部为TAD所覆盖的,包括相对开放的活性染色质区域。这些TAD通过进一步的折叠而形成不同的功能域。这一发现的普遍性也在人类细胞Hi-C数据的重新分析中获得进一步证实。更为重要的是,在这样的高分辨率下,他们发现,果蝇染色质中绝大多数的TAD边界都是由特异性的绝缘子蛋白复合物BEAF-32/CP190或BEAF-32/Chromator所定义,而不是与人同源的dCTCF/cohesin。然而,现有的证据表明,BEAF-32在是果蝇中具有特异性DNA结合的绝缘子蛋白之一,而CP190/Chromator恰好可与BEAF-32结合并介导远距离相互作用,类似于哺乳动物细胞中的cohesin。这些结果表明,虽然dCTCF/cohesin在果蝇中并不参与TAD的形成,但是,与其功能相似但不同源的蛋白复合物起到了哺乳动物细胞中CTCF/cohesin相同的作用。因此,TAD形成的基本机制在果蝇与哺乳动物之间仍然是保守的。


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