曾堅陽研究組《自然·通訊》發(fā)文 開發(fā)三維基因組結(jié)構(gòu)重構(gòu)新方法
曾堅陽研究組《自然·通訊》發(fā)文 開發(fā)三維基因組結(jié)構(gòu)重構(gòu)新方法
2019年05月03日 瀏覽次數(shù): 0
清華大學(xué)交叉信息院曾堅陽研究組成功開發(fā)了基于FISH數(shù)據(jù)和Hi-C數(shù)據(jù)的三維基因組重構(gòu)方法，相關(guān)研究論文《基于FISH和Hi-C數(shù)據(jù)整合的三維基因組結(jié)構(gòu)建?！罚?/span>Integrating Hi-C and FISH data for modeling of the 3D organization of chromosomes）5月3日于《自然·通訊》在線發(fā)表。
圖：三維基因組結(jié)構(gòu)建模的流程圖
大量研究表明，染色體的空間結(jié)構(gòu)與細胞內(nèi)大多數(shù)的生物過程包括基因調(diào)控、DNA復(fù)制以及染色體異位等密切相關(guān)。因此，三維基因組結(jié)構(gòu)解析對于細胞內(nèi)生物過程的理解具有十分重要的意義。近年來，染色體構(gòu)象捕獲（3C）技術(shù)高速發(fā)展，通過與高通量測序技術(shù)相結(jié)合（Hi-C），可以直接獲得全基因組范圍內(nèi)染色體相互作用圖譜?；谌旧w相互作用圖譜，可以分析出染色體的層次結(jié)構(gòu)并且重構(gòu)出三維空間結(jié)構(gòu)，從而為下游的分析和實驗提供有價值的線索，并且為染色體折疊機制和功能的研究提供幫助。目前，由于Hi-C實驗的限制，高分辨的三維基因組結(jié)構(gòu)的重構(gòu)難度較大。
曾堅陽研究組在三維基因組結(jié)構(gòu)的重構(gòu)方面具有豐富的經(jīng)驗，先后開發(fā)出了基于貝葉斯推斷和流形學(xué)習并結(jié)合染色體物理特性的建模方法，相關(guān)成果均發(fā)表在核心期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上，其中基于流形學(xué)習的GEM方法被《基因組蛋白質(zhì)組與生物信息學(xué)報》（Genomics，Proteomics & Bioinformatics,簡稱GPB）評為2018年國內(nèi)生物信息學(xué)十大進展之一。
此次曾堅陽研究組發(fā)表于《自然》子刊的方法基于上述流形學(xué)習的模型首次將FISH數(shù)據(jù)與Hi-C數(shù)據(jù)相結(jié)合，極大程度上提高了結(jié)構(gòu)建模的準確性。在該方法中，建模過程分為三個主要的步驟：第一，利用FISH數(shù)據(jù)和Hi-C數(shù)據(jù)來確定拓撲結(jié)構(gòu)域（TADs）的相對空間位置；第二，利用Hi-C數(shù)據(jù)提供的幾何約束以及多聚體的生物物理性質(zhì)來確定TADs內(nèi)的結(jié)構(gòu)；第三，將上述兩步進行融合，調(diào)整優(yōu)化后得到最終的三維基因組結(jié)構(gòu)。在與之前方法的比較中，該方法將結(jié)構(gòu)的平均相對誤差降低了近一半，進一步的下游分析表明，該方法可以準確構(gòu)建出染色體的基本層次結(jié)構(gòu)。
論文第一作者是曾堅陽研究組的埃及籍博士后艾哈邁德·阿巴斯（Ahmed Abbas），通訊作者是曾堅陽副教授，合作者包括清華大學(xué)張奇?zhèn)ソ淌诤透哕姖芯繂T等。研究成果得到國家自然科學(xué)基金等項目經(jīng)費的支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-10005-6
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