Auffinden der 3D-Struktur der DNA für Fortschritte in der Stammzell- und Krebsforschung

Forscher von Weill Cornell Medicine und dem New York Genome Center haben in Zusammenarbeit mit Oxford Nanopore Technologies eine neue Methode entwickelt, um die dreidimensionale Struktur des menschlichen Genoms oder die Faltung des Genoms in großem Maßstab zu beurteilen. Das Genom ist der vollständige Satz genetischer Anweisungen, DNA oder RNA, die es einem Organismus ermöglichen, zu funktionieren.

Mit dieser Methode zeigten die Forscher, dass die Zellfunktion, einschließlich der Genexpression, eher von Gruppen gleichzeitig interagierender regulatorischer Elemente im Genom als von Paaren dieser Komponenten beeinflusst werden kann.

Sie verwendeten Nanoporensequenzierung im Genommaßstab.

Zukünftige Experimente werden untersuchen, welche spezifischen Gruppierungen genomischer Komponenten für verschiedene Aspekte der Zellidentität wesentlich sind. Die neue Technologie könnte Forschern auch helfen zu verstehen, wie sich Stammzellen, die unreifen Hauptzellen des Körpers, in verschiedene Zelltypen differenzieren.

Forscher könnten Anomalien in Krebszellen besser verstehen.

Nature Biotechnology – 3D-Chromatinkonformationen hoher Ordnung aus Nanoporen-Concatemer-Sequenzierung im Genommaßstab

Abstrakt
Dreidimensionale (3D) Wechselwirkungen höherer Ordnung zwischen mehr als zwei genomischen Loci sind im menschlichen Chromatin üblich, aber ihre Rolle bei der Genregulation ist unklar. Frühere 3D-Chromatin-Assays hoher Ordnung messen entweder entfernte Wechselwirkungen über das Genom oder proximale Wechselwirkungen an ausgewählten Zielen. Um diese Lücke zu schließen, haben wir Pore-C entwickelt, das die Erfassung der Chromatinkonformation mit der Nanoporensequenzierung von Konkatemeren kombiniert, um proximale Chromatinkontakte höherer Ordnung auf Genomebene zu profilieren. Wir haben auch die statistische Methode Chromunity entwickelt, um Sätze von genomischen Loci zu identifizieren, bei denen die Häufigkeit von Kontakten höherer Ordnung signifikant höher ist als die des Hintergrunds („Synergien“). Bei der Anwendung dieser Methoden auf menschliche Zelllinien stellten wir fest, dass Synergien in Enhancern und Promotoren in aktivem Chromatin und in stark transkribierten und liniendefinierenden Genen angereichert wurden. In Prostatakrebszellen gehörten dazu Bindungsstellen androgengesteuerter Transkriptionsfaktoren und die Promotoren androgenregulierter Gene. Konkatemere von Kontakten höherer Ordnung in stark exprimierten Genen wurden relativ zu paarweisen Kontakten an denselben Loci demethyliert. Synergien in Brustkrebszellen wurden mit Tyfonas, einer Klasse komplexer DNA-Amplikons, in Verbindung gebracht. Diese Ergebnisse verknüpfen genomweite 3D-Wechselwirkungen höherer Ordnung rigoros mit abstammungsdefinierenden Transkriptionsprogrammen und etablieren Pore-C und Chromunity als skalierbare Ansätze zur Bewertung der Genomstruktur höherer Ordnung.