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)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.

  • さらに,globuleの中心には,転写遺伝子やプロモーターが集まっている事も判明した.



Figure 1 ENCODE region ENm008 on human chromosome 16.

解析を行ったヒト16番染色体のENm008500kb)上の遺伝子グロビン, 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,CTCFDNaseIH3K4me3, 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)