2012年2月 9日
The three-dimensional folding of the α-globin gene domain reveals formation of chromatin globules
The three-dimensional folding of the α-globin gene domain reveals formation of chromatin globules
Baù D, Sanyal A, Lajoie BR, Capriotti E, Byron M, Lawrence JB, Dekker J, Marti-Renom MA.
Structural Genomics Unit, Bioinformatics and Genomics Department, Centro de Investigación Príncipe Felipe, Valencia, Spain.
Nat Struct Mol Biol. 2011 Jan;18(1):107-14
Chromosome Conformation Capture Carbon Copy (5C)とIntegrated Modeling Platform (IMP)を組み合わせ,クロマチンの高分解能3次元立体構造モデルを作成する一般的方法を開発した.
この手法を,αグロビンを含む16番染色体上のENm008ドメイン(500kb)に適応.αグロビンの発現を認める赤血球系細胞(K562)およびαグロビンの発現を認めないリンパ球系細胞(GM12878)を使用し比較を行った.
構築されたモデルは,α-グロビン遺伝子とこれらの遠位エンハンサーとの既知のループを正確に再現していた.
また,GM12878細胞では,これらのドメインは折り畳まれ,1つのglobuleを形成し,K562細胞では2つのglobuleが形成していることが示唆された.
Figure 1 ENCODE region ENm008 on human chromosome 16.
解析を行ったヒト16番染色体のENm008(500kb)上の遺伝子(αグロビン, LUC7Lなど), RNA-seq, ChIP-seq (CTCF, H3K4me3, DNaseI), HS40を含むDNaseI 高感受性領域 (Hyper sensitive sites)のデータ.
Figure 2 5C analysis of the 500-kb ENCODE region ENm008.
5C assayの網羅的解析結果(5C count)およびHS40, HS46, HS48, αグロビン,LUC7Lを含むfragmentと他の領域とのinteraction frequency結果.
→ αグロビンの発現を認めていないGM12878細胞の方が,K562細胞に比べ,全体的にfragment間のinteractionが強い(クロマチンがより密になっている).
Figure 3 Ensemble of solutions.
5C結果をIMPに適応し,3次元立体構造モデルをクラスタリング.同じクラスター内でのモデルの一致性を局所でも確認.
Figure 4 3D models of the ENm008 ENCODE region containing the α-globin locus.
5CおよびIMPより得られた3次元立体構造モデル.モデル上の2点間の距離をFISH(fluorescence in situ hybridization)と比較し,相同性を確認.
Figure 5 Analysis of chromatin globules.
Chromatin globuleの中心部とプロモーター,転写遺伝子,CTCF,DNaseI,H3K4me3, 非転写遺伝子との距離を評価.それぞれの細胞でのループおよびglobuleの数も評価.
→ ,GM12878細胞では1つのglobuleを,K562細胞では2つのglobuleが形成.転写遺伝子やプロモーターはglobule中心に集まり,非転写遺伝子は周辺に多く存在.
Figure 6 Diagram of the proposed chromatin-globule model for higher-order chromatin folding of actively transcribed genomic regions.
globules 形成を加味したクロマチン高次構造模式図
(担当:井上)