3D地图揭示了人类视网膜细胞内的DNA组织
美国国家眼科研究所(NEI)的科学家绘制了人类视网膜细胞染色质的组织。这些纤维将30亿个长如核苷酸的DNA分子打包成紧密的结构，并与每个细胞核内的染色体相匹配。由此产生的全面的基因调控网络为基因表达的一般调控和视网膜功能的调控提供了见解，包括罕见和常见的眼病。这项研究于今天(2022年10月7日)发表在《自然通讯》杂志上。
这项研究的首席研究员Anand Swaroop博士说:“这是视网膜调控基因组拓扑与老年性黄斑变性(AMD)和青光眼相关的遗传变异的首次详细集成，这两种基因变异是视力丧失和失明的两个主要原因。”
成人视网膜细胞是高度特化的感觉神经元，不分裂，因此相对稳定。这使得它们有助于探索染色质的三维结构如何有助于遗传信息的表达。
染色质纤维包裹着长链的DNA，这些DNA缠绕在组蛋白蛋白周围，然后反复循环形成高度紧密的结构。所有这些循环都创造了多个接触点，在那里，编码蛋白质的基因序列与基因调控序列相互作用，如超级增强子、启动子和转录因子。
在很长一段时间里，这种非编码序列被认为是“垃圾DNA”。然而，更先进的研究已经证明，这些序列可以控制哪些基因在何时被转录。这揭示了非编码调控元件在DNA链上发挥控制作用的具体机制，即使它们在DNA链上的位置远离它们调控的基因。
利用深度Hi-C测序(一种用于研究3D基因组组织的工具)，科学家们创建了一个高分辨率的地图，其中包括视网膜细胞染色质中的7.04亿个接触点。地图是用四名捐献者的死后视网膜样本绘制的。他们评论说:“为了阐明人类视网膜中的基因组调控，我们以高分辨率绘制了染色质接触，并集成了超级增强子(SEs)、组蛋白标记、CTCF结合和选择的转录因子。”
这是一幅染色质内部随着时间推移相互作用的动态图像，包括基因活动热点和与DNA其他区域有不同程度绝缘的区域。“进一步整合染色质与组蛋白标记的接触、染色质可达性、选定的TF[转录因子]结合和基因表达数据集，揭示了CREs的靶点，并揭示了人类视网膜中SEs的三维染色质组织特性。”
研究小组将染色质拓扑图与视网膜基因和调节元件的数据集整合在一起。这是一幅染色质内部随着时间推移相互作用的动态图像，包括基因活动热点和与DNA其他区域有不同程度绝缘的区域。
他们在视网膜基因上发现了不同的相互作用模式，这表明染色质的3D组织如何在组织特异性基因调节中发挥重要作用。
Swaroop说:“拥有如此高分辨率的基因组结构图像，将继续为组织特异性功能的基因控制提供见解。”
此外，小鼠和人类染色质组织之间的相似性表明了跨物种的守恒，强调了染色质组织模式与视网膜基因调控的相关性。超过三分之一(35.7%)的基因对在小鼠中通过染色质环相互作用，在人类视网膜中也是如此。
科学家们将染色质拓扑图与基因变异的数据结合起来，这些基因变异与老年性黄斑变性(AMD)和青光眼有关，这是导致视力丧失和失明的两个主要原因。研究结果指向了与这些疾病相关的特定候选致病基因。
整合的基因组调控图谱还将有助于评估与其他常见视网膜相关疾病(如糖尿病视网膜病变)相关的基因，确定缺失的遗传性，并了解遗传性视网膜和黄斑疾病的基因型-表型相关性。
参考文献:High-resolution genome topology of human retina uncovers super enhancer-promoter interactions at tissue-specific and multifactorial disease loci” by Marchal C, Singh N, Batz Z, Advani J, Jaeger C, Corso-Diaz X, and Swaroop A, 7 October 2022, Nature Communications
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