В генетике , открытый хроматин ДНКазы I ( DHSS ) являются областями хроматина , которые являются чувствительными к расщеплению с помощью ДНКазы I фермента. В этих конкретных областях генома хроматин потерял свою конденсированную структуру, обнажая ДНК и делая ее доступной. Это увеличивает доступность ДНК для деградации ферментами, такими как ДНКаза I. Эти доступные зоны хроматина функционально связаны с транскрипционной активностью , так как это ремоделированное состояние необходимо для связывания белков, таких как факторы транскрипции .
С момента открытия DHS 30 лет назад они использовались в качестве маркеров регуляторных участков ДНК. Было показано, что эти области картируют многие типы цис-регуляторных элементов, включая промоторы, энхансеры, инсуляторы, сайленсеры и области контроля локуса. Измерение высокой пропускной способности этих регионов доступно через DNase-Seq . [2]
Массовый анализ
Проект ENCODE предлагает нанести на карту все DHS в геноме человека с целью каталогизации регуляторной ДНК человека.
DHS маркируют транскрипционно активные области генома, где будет клеточная селективность. Итак, они использовали 125 различных типов клеток человека. Таким образом, используя технику массивного секвенирования, они получили профили DHS для каждого клеточного типа. Путем анализа данных они выявили почти 2,9 миллиона отдельных DHS. 34% были специфичны для каждого типа клеток, и только небольшое меньшинство (3692) было обнаружено во всех типах клеток. Также было подтверждено, что только 5% DHS были обнаружены в регионах TSS (Transcriptional Start Site). Остальные 95% представляли дистальные DHS, равномерно разделенные на интронные и межгенные области. Эти данные дают представление о большой сложности регулирования генетической экспрессии в геноме человека и количестве элементов, которые контролируют эту регуляцию.
Сообщалось о картировании с высоким разрешением DHS на модельном растении Arabidopsis thaliana . Всего было идентифицировано 38 290 и 41 193 DHS в тканях листьев и цветов, соответственно. [3]
Инструменты нормативной ДНК
Изучение профилей DHS в сочетании с другими методами позволяет анализировать регуляторную ДНК человека:
- Фактор транскрипции : Используя метод ChIP-Seq , определяются сайты связывания с ДНК в определенных группах факторов транскрипции и сравниваются профили DHS. Результаты подтверждают высокую корреляцию, которая показывает, что скоординированное объединение определенных факторов участвует в ремоделировании и доступности хроматина.
- Паттерны метилирования ДНК : метилирование CpG тесно связано с подавлением транскрипции. Это метилирование вызывает перестройку хроматина, конденсируя и инактивируя его транскрипционно. Метилированный CpG, попадающий в DHS, препятствует ассоциации фактора транскрипции с ДНК, подавляя доступность хроматина. Данные утверждают, что формирование паттерна метилирования параллельно доступу селективного для клеток хроматина является результатом пассивного отложения после выхода факторов транскрипции из регуляторной ДНК.
- Сигнатура промотора хроматина : модификация H3K4me3 связана с транскрипционной активностью. Эта модификация происходит в нуклеосоме, соседней с сайтом начала транскрипции (TSS), расслабляя структуру хроматина. Эта модификация гистонов используется в качестве маркера промоторов для картирования этих элементов в геноме человека.
- Связи промотор / энхансер : дистальные цис-регуляторные элементы, такие как энхансеры, отвечают за модуляцию активности промоторов. Таким образом, дистальные цис-регуляторные элементы активно синхронизируются со своим промотором в клеточных линиях, что обеспечивает активную экспрессию контролируемого гена. Используя профили DHS, искали корреляции между DHS для идентификации соединений промотор / энхансер. Таким образом, он смог создать карту кандидатов в энхансеры, контролирующих определенные гены.
Полученные данные были подтверждены с помощью метода фиксации конформации хромосом (5C). Этот метод основан на физической ассоциации, которая существует между промотором и энхансерами, определяя области хроматина, которые входят в контакт в связях промотор / энхансер.
Было подтверждено, что большинство промоторов были связаны более чем с одним энхансером, что указывает на существование сложной сети регуляции огромного большинства генов. Неожиданно было обнаружено, что примерно половина энхансеров связана более чем с одним промотором. Это открытие показывает, что цис-регуляторная система человека намного сложнее, чем предполагалось изначально.
Количество дистальных цис-регуляторных элементов, связанных с промотором, связано с количественным средним уровнем сложности регуляции гена. Таким образом было определено, что человеческие гены с большим количеством взаимодействий с дистальными DHSs и по крайней мере с одной сложной регуляцией соответствуют этим генам с функциями в иммунной системе. Это указывает на то, что комплекс клеточных сигналов и сигналов окружающей среды, обрабатываемых иммунной системой, непосредственно кодируется в цис-регуляторной архитектуре составляющих ее генов.
База данных
- Проект ENCODE : база данных нормативных элементов
- DHS растений : PlantDHS
Рекомендации
- ^ Ван, Ю. М.; Чжоу, П; Wang, LY; Ли, ZH; Чжан, Ю.Н. Чжан, YX (2012). «Корреляция между распределением гиперчувствительных сайтов к ДНКазе I и экспрессией генов в клетках HeLa S3» . PLOS ONE . 7 (8): e42414. Bibcode : 2012PLoSO ... 742414W . DOI : 10.1371 / journal.pone.0042414 . PMC 3416863 . PMID 22900019 .
- ^ Бойл, AP; Дэвис С; Шульха ХП; Meltzer P; Маргулис EH; Weng Z; Фьюри Т.С.; Кроуфорд GE (2008). «Картирование с высоким разрешением и характеристика открытого хроматина в геноме» . Cell . 132 (2): 311–22. DOI : 10.1016 / j.cell.2007.12.014 . PMC 2669738 . PMID 18243105 .
- ^ Чжан, Венли; Чжан, Дао; Ву Юфэн; Цзян, Цзимин (5 июля 2012 г.). «Полногеномная идентификация регуляторных элементов ДНК и белков-связывающих следов с использованием сигнатур открытого хроматина в Arabidopsis» . Растительная клетка . 24 (7): 2719–2731. DOI : 10.1105 / tpc.112.098061 . PMC 3426110 . PMID 22773751 .