果蝇染色体 NC—果蝇基因组染色体三维结构解析

拓扑关联域(TAD)是真核生物基因组三维结构的基本单位。然而，最近的研究表明，CTCF/凝聚素，一种位于哺乳动物TAD边界的绝缘复合体，在果蝇中是不存在的，这表明边界元素在后生动物中不是保守的。在本文中，使用亚Kb分辨率的原位Hi-C，发现果蝇基因组几乎完全分成>:在4000个TADs中，比以前确定的多7倍以上。TAD边界的绝大多数绝缘复合物是BEAF-32/CP190或BEAF-32/Chromator，这表明这些蛋白质可能在哺乳动物中起到与CTCF/凝聚蛋白相似的作用。新发现的TAD之前被认为没有结构，但本文发现是一些小的连续的TAD，在人类基因组中也观察到了。总之，本文揭示了果蝇染色体的基本结构特征及其从昆虫到哺乳动物的保守结构(未来不仅要组装序列，还要分析三维结构，我们可以全方位提供)。

1.分辨率提高到200bp，以获得大量新的小tads

图1-a是3号染色体左臂的3.5-6.3Mb热图。左边热图的分辨率为20Kb，在Super-TAD(热图下蓝色对应区域)和Super-TAD(热图底部红色对应区域)之间显示出一个清晰的区域，与之前的研究结果一致(Super-TAD表示之前的研究由于分辨率低而识别出的一般较大的TAD)。但在较高分辨率(~ 200 bp)下，热图显示在Super-TAD(图1-a中右上热图)和Super-TAD(图1-a中右下热图)之间发现了许多连续的小TAD，热图下方红色对应区域代表新识别的TAD。

图1-a是TAD长度的分布图，共鉴定出4，123个TAD，长度范围从3到3-460Kb，平均大小为13Kb，覆盖了> 92%的基因组非重复区。

图1-b显示了超TAD(蓝色)和超TAD(红色)之间TAD的数量分布。

图1果蝇TAD分布图

2.果蝇的TAD边界富含绝缘蛋白，但不是CTCF

图2-a显示了一类绝缘体蛋白在TAD边界的富集。针对某种类型的绝缘体蛋白，可以看出beaf-32、cp190和Chromator在TAD边界富集。图2-a的最下面一行显示了分布在TAD边界的成对的绝缘体蛋白BEAF-32/CP190和BEAF-32/Chromator。

图2-b显示了绝缘体蛋白和成对绝缘体蛋白的位置与整个基因组中TAD边界之间的重叠程度。超过>:91%的TAD边界包含三种绝缘蛋白之一。

图2绝缘蛋白的TAD边界和分布

3.表观遗传修饰因子TAD之间的相互作用

根据TAD中十五种组蛋白修饰标记和非组蛋白染色体蛋白的分布，一个TAD可以分为四种主要类型(图3-a):活性(橙色)、非活性(蓝色)、多柔比星(绿色)和不确定(灰色)。

图3-a显示了活性TAD和非活性TAD以及直接相邻TAD之间的相互作用强度的比较。上图为原始交互热图，下图为交互值相对于预期交互值的热图。红框为活动tad，相邻TAD之间的相互作用较弱，蓝框为非活动TAD，相邻TAD之间的相互作用较强。

图3-b示出了非激活和polycomb-polycomb TAD之间的相互作用信号强，而非激活-非激活TAD之间的相互作用信号弱。

图3不同类型TAD之间的交互差异

4.果蝇和哺乳动物TAD的保护

在高分辨率(5Kb)的条件下，人类基因组已经重新识别出tads中连续的小TADs，红色条纹区域就是新识别出的tad。同时，该图还显示了CTCF(橙色)和相干成分(Rad21为绿色箭头，Smc3为棕色箭头)在TAD边界的分布。因此，除了不同类型的绝缘蛋白外，果蝇的TAD结构和绝缘蛋白的TAD边界分布与哺乳动物一致。

图4高分辨率人类基因组TAD热图(5Kb)

参考文献:

王、王、孙、王、查考斯基、马大。邵，Z. (2018)。黑腹果蝇中的亚kb hi-c揭示了昆虫和哺乳动物细胞间tads的保守特征。自然通讯，9(1)，188。