3D基因组的结构与组成

    生命体的遗传功能元件，包括编码基因、非编码基因、顺式调控元件等，在空间结构上，并不是在染色体上呈线性地一字依次排开，而是随着DNA形成复杂高级结构的同时，具备了三维组织形式。

    如下图所示，DNA双链像纠缠在一起的电话线一样，一圈圈地螺旋缠绕，压缩，最终形成染色质。我们可以看到30nm的核纤维经过环形折叠形成染色质。这种结构使得一维层面上相隔比较远的DNA区域反而靠的更近。比如下图中的ABCD四个点，若以A为参照物，C比B远，但由于基因组形成了高级结构，反而把A和C拉得更近。这个示意图还提示了另外一个问题，即同一条染色体上的某些区域，可能很难互相接触，比如B和D之间就，被环状结构给隔开了。

    DNA这种相对稳定的高级结构，是由蛋白质来维持的。这些蛋白大多是一些转录因子、辅助因子等调控元件，其中CTCF是一个重要的成环蛋白。除了这些调控元件外，还有需要一类重要的蛋白去稳固这种高级结构，这类重要的蛋白就是黏着蛋白，它由SMC1、SMC3、RAD21和STAG1/2组成，其中SMC1和SMC3头尾相连组成一个环形，两蛋白的尾部是由相互作用的，紧密靠在一起，其头部游离，RAD21与两个蛋白的头部相结合，STAG1/2蛋白进一步加固结合。黏着蛋白是一个蛋白复合物，它像戒指一样固定在环的开口处，维持环的稳定性，标志性的黏着蛋白为RAD21蛋白。

    这种环形结构在体内并不是松散排布的。这些环形的染色质折叠让一些DNA片段彼此靠近并发生互作，这样的区域称为拓扑相关结构域TAD，TAD是非常长的DNA片段，在其中DNA形成了包含组蛋白、调节蛋白和转录因子的大型三维结构。每个TAD包含一个或多个基因连同其所有的调控元件。它们的结构在进化上是保守的，可能存在于不同的细胞类型以及各种物种中。一段TAD内的调控元件只能在“它们”的TAD中起作用；相反，在邻近TAD中的基因不受它们的影响。TADs通过许多边界元件隔开的，其中CTCF就是一个重要的TAD边界元件。

• 1 . 3D基因组概述
  • 1.1. 染色质拓普结构
  • 1.2. 基因组的结构构成
• 2 . 3D基因组模型研究
  • 2.1. 3D基因组的调控模型
  • 2.2. 3D模型构建实例
• 3 . 3D基因组主要实验技术
  • 3.1. 3D基因组之ChIP-seq
  • 3.2. 3D基因组之Hi-C
  • 3.3. 3D基因组之模型验证