Сравнение пространственной организации геномов фибробластов и сперматозоидов мыши методом Hi-C

• Автор: Фишман, Вениамин Семенович
• Шифр специальности: 03.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Оглавление
Оглавление

Список использованных сокращений

Введение

Актуальность

Цели и задачи исследования

Научная новизна работы

Теоретическая и практическая значимость исследования

Положения, выносимые на защиту

Вклад автора

Апробация работы

Структура и объем работы
Обзор литературы
Пространственная организация ДНК млекопитающих
Хромосома как единица пространственной организации ДНК в клетке
Организация ДНК на субхромосомном уровне
Технология захвата конформации хроматина
А- и В-домены хроматина
Топологические домены
Механизмы формирования и поддержания топологических доменов
Петлевой уровень организации ДНК
Моделирование пространственной организации биополимеров
Особенности пространственной укладки ДНК сперматозоидов
Материалы и методы
Материалы

Hi-C библиотеки

Вычислительные ресурсы
Методы
Картирование ридов на геном
Фильтрация ридов
Построение матрицы пространственных контактов
Коррекция матрицы контактов
Поиск различий в профилях контактов локусов фибробластов и сперматозоидов
Сравнение на основе Евклидова расстояния
Сравнение на основе коэффициентов корреляции
Сравнение на основе значений Е
Определение уровня сходства значений Е1 фибробластов и сперматозоидов
Выявление статистических различий в частотах индивидуальных контактов между сперматозоидами и фибробластами
Моделирование «компрессии» генома
Идентификация TAD доменов
Моделирование пространственного расположения локусов в TAD доменах
Анализ межхромосомных контактов
Анализ зависимости частоты взаимодействий от расстояния между локусами в линейной молекуле
Результаты
Оценка количества и качества данных массового параллельного секвенирования

Построение матрицы пространственных контактов
А/В-домены в геномах сперматозоидов и фибробластов
Анализ ТАБ-доменов в геномах сперматозоидов и фибробластов
Поиск различий в пространственной укладке геномов сперматозоидов и фибробластов
Различия в укладке определенных локусов
Различия в индивидуальных контактах
Анализ зависимости частоты контактов локусов от расстояния в линейной молекуле
Анализ межхромосомных контактов в геномах фибробластов и сперматозоидов
Влияние компактизации генома сперматозоидов на особенности пространственной организации этих клеток
Обсуждение
Построение матрицы пространственных контактов фибробластов и сперматозоидов
Сходство пространственной укладки геномов фибробластов и сперматозоидов
Идентификация ТАО-доменов в сперматозоидах
Различия пространственных контактов сперматозоидов и фибробластов
Модели укладки ДНК сперматозоидов как фрактальной и равновесной глобулы
Пространственная организация ДНК передается в ряду поколений через геном сперматозоидов
Выводы
Благодарности
Список литературы

Аналогично описанной выше работе, авторы для более детального выяснения роли когезина в пространственных контактах использовали клетки, лишенные RAD21. Однако проводилось не расщепление уже синтезированного белка RAD21 (как в предыдущей работе), а направленное удаление кодирующей части этого белка из генома при помощи системы LoxP/Cre. Как и в описанной выше работе, авторы наблюдали общее уменьшение числа пространственных контактов после удаления белка RAD21, особенно ярко выраженное для участков внутри TAD доменов. В частности, после удаления RAD21 не наблюдалось увеличение пространственных контактов для локусов, лежащих по одну сторону и в непосредственной близости от СТСFkoгечиновых сайтов относительной средней частоты контактов в геноме. Кроме того, исследуя контакты в области СТСРкогезиновых сайтов методом 4С, авторы показали, что при отсутствии RAD21 исчезают специфические внутридоменные контакты между удаленными на большое расстояние (~ 1 Mb) локусами. Помимо снижения уровня внутридоменных взаимодействий, в данном исследовании, после удаления белка RAD21, наблюдалось и увеличение междоменных взаимодействий (Sofueva et al., 2013).
Важно отметить, что полногеномный анализ транскрипционной активности показал, что в клетках, не экспрессирующих RAD21, меняется уровень экспрессии сотен генов (Sofueva et al., 2013), причем среди генов, изменивших уровень экспрессии при отсутствии RAD21, обогащены были такие, рядом с которыми (не далее чем в 10kb) находился сайт СТСРкогезина. Этот факт ещё раз подчеркивает связь экспрессии генов и пространственной укладки ДНК.
Наконец, модификация метода Hi-C, разработанная группой Либермана-Айдена в 2014 году, и позволившая изучить организацию топологических доменов с более высоким разрешением, показала, что пространственное взаимодействие между удаленными фрагментами ДНК часто опосредовано двумя сайтами узнавания белка CTCF одинаковой ориентации, связанных с когезиновым комплексом (Rao et al., 2014). Эта работа будет подробно обсуждаться ниже.
Если вышеперечисленные работы о роли факторов CTCF и когезина позволяют
частично объяснить, как структура TAD поддерживается в интерфазном ядре, то
проведенное недавно исследование пространственной организации митотических