TADの位置は、Hi-Cデータにアルゴリズムを適用することによって定義されます。たとえば、TADは、いわゆる「方向性指数」に従って呼ばれることがよくあります。[ 5 ] 方向性指数は、個々の40kbビンについて、そのビンに含まれるリードを収集し、それらのペアリードがビンの上流または下流にマッピングされるかどうかを観察することによって計算されます(リードペアは2Mbを超えない範囲にまたがる必要があります)。正の値は、上流よりも下流にリードペアが多いことを示し、負の値は逆を示します。数学的には、方向性指数は符号付きカイ二乗統計量です。
Juicebox [ 19 ] 、 HiGlass [ 20 ] /HiPiler [ 21 ] 、 The 3D Genome Browser [ 22 ] 、 3DIV [ 23 ]、 3D-GNOME [ 24 ] 、 TADKB [ 25 ] などの特殊なゲノムブラウザと可視化ツール[ 18 ] の 開発により、さまざまな細胞タイプの関心領域のTAD構造を可視化することが可能になりました。
コヒーシン環を介したDNAループの押し出し TAD形成に関与するタンパク質は数多く知られており、その中にはCTCF タンパク質(通常、TAD境界には複数のCTCF結合部位が存在する)[ 14 ] やコヒーシンタンパク質複合体 [ 1 ] などがある。TAD境界で必要とされる構成要素も不明であるが、哺乳類細胞では、これらの境界領域に比較的高いレベルのCTCF結合が存在することが示されている。さらに、一部の遺伝子(トランスファーRNA 遺伝子やハウスキーピング遺伝子 など)は、偶然に期待されるよりも頻繁にTAD境界付近に現れる。[ 4 ] [ 5 ]
コンピューターシミュレーションでは、コヒーシンモーターによって駆動されるクロマチンループ押し出しがTADを生成する可能性があることが示されています。[ 26 ] [ 27 ] ループ押し出しモデルでは、コヒーシンはクロマチンに結合し、それを引き込み、クロマチンを押し出して徐々にループを成長させます。コヒーシン複合体の両側のクロマチンは、コヒーシンがクロマチンに結合したCTCFタンパク質(通常はTADの境界に位置する)に遭遇するまで押し出されます。このようにして、TADの境界はクロマチンループのアンカーとして一緒にすることができます。[ 28 ]実際、in vitroでは、コヒーシンはATP依存的にDNAループを連続的に押し出し [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] 、CTCFで停止することが観察されています。[ 32 ] [ 33 ] しかし、in vitroデータの中には、観察されたループがアーティファクトである可能性があることを示唆するものもあります。[ 34 ] [ 35 ] 重要なことに、コヒーシンはクロマチンから動的に解離できるため、このモデルはTAD(および関連するクロマチンループ)が動的で一時的な構造であることを示唆しており、[ 26 ] 生体内での観察と一致しています。[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]
TAD形成の他のメカニズムも提案されている。例えば、いくつかのシミュレーションでは、転写によって生成されたスーパーコイルがコヒーシンをTAD境界に再配置できること[ 40 ] [ 41 ] 、あるいは受動的に拡散するコヒーシン「スリップリンク」[ 42 ] [ 43 ] がTADを生成できることが示唆されている。
参考文献 1 2 3 Pombo A、Dillon N (2015 年 4 月)。「三次元ゲノム構造:プレーヤーとメカニズム」。Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 16 (4): 245–257 . doi : 10.1038/nrm3965 . PMID 25757416 . S2CID 6713103 . 1 2 Yu M 、Ren B ( 2017 年10 月 ) 。 「哺乳類ゲノムの三次元構造」 。Annual Review of Cell and Developmental Biology。33 : 265–289。doi : 10.1146 / annurev - cellbio-100616-060531。PMC 5837811。PMID 28783961 。 ↑ Smirnov, Dmitrii N.; Kononkova, Anna D.; Toiber, Debra; Gelfand, Mikhail S.; Khrameeva, Ekaterina E. (2024-01-29). "optimalTAD: クロマチンマーク濃縮に基づくトポロジカル関連ドメインの注釈". bioRxiv 10.1101/2023.03.06.531254 . 1 2 3 4 Nora EP、Lajoie BR、Schulz EG、Giorgetti L、Okamoto I、Servant N、et al . (2012 年 4 月)。 「 X 不 活性 化中心の制御ランドスケープの空間的分割 」 。Nature。485 ( 7398 ) : 381–385。Bibcode : 2012Natur.485..381N。doi : 10.1038 / nature11049。PMC 3555144。PMID 22495304 。 1 2 3 4 5 6 Dixon JR、Selvaraj S、Yue F、Kim A、Li Y、Shen Y、et al . ( 2012 年4 月 )。 「クロマチン相互作用の解析により哺乳類ゲノム のトポロジカル ドメイン が 特定 される」 。Nature。485 ( 7398): 376–380。Bibcode : 2012Natur.485..376D。doi : 10.1038/ nature11082。PMC 3356448。PMID 22495300 。 ↑ Krijger PH、de Laat W (2016 年 12 月)。「3D ゲノムにおける疾患関連遺伝子発現の制御」。Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 17 (12): 771–782 . doi : 10.1038/nrm.2016.138 . PMID 27826147 . S2CID 11484886 . ↑ Ghavi-Helm Y; Jankowski A; Meiers S; Viales RR; Korbel JO ; Furlong EE (2019年8月) 「高度に再編成された染色体は、ゲノムトポロジーと遺伝子発現の間の分離を明らかにする」 Nature Genetics . 51 (8): 1272– 1282. doi : 10.1038/s41588-019-0462-3 . PMC 7116017 . PMID 31308546 . ↑ Corces MR 、Corces VG(2016 年 2月 ) 。 「 三次元がんゲノム」 。Current Opinion in Genetics & Development。36 : 1–7。doi : 10.1016 / j.gde.2016.01.002。PMC 4880523。PMID 26855137 。 ↑ Valton AL; Dekker J (2016年2月) 「TAD の 破壊は発がんドライバーである」 Current Opinion in Genetics & Development . 36 : 34–40 . doi : 10.1016/j.gde.2016.03.008 . PMC 4880504. PMID 27111891 . ↑ Achinger-Kawecka J、 Clark SJ ( 2017 年 1月)。 「 3Dがんゲノム設計図の破壊」 。Epigenomics。9 ( 1): 47–55。doi : 10.2217 /epi- 2016-0111。PMID 27936932 。 1 2 Spielmann M、Lupiáñez DG、Mundlos S (2018年7月)。「3Dゲノムの構造的変異」。Nature Reviews. Genetics . 19 (7): 453– 467. doi : 10.1038/s41576-018-0007-0 . hdl : 21.11116/0000-0003-610A-5 . PMID 29692413 . S2CID 22325904 . 1 2 Batut, Philippe J.; Bing, Xin Yang; Sisco, Zachary; Raimundo, João; Levo, Michal; Levine, Michael S. (2022-02-04). "ゲノム構造が発達中の転写ダイナミクスを制御する" . Science . 375 (6580): 566– 570. Bibcode : 2022Sci...375..566B . doi : 10.1126/science.abi7178 . ISSN 0036-8075 . PMC 10368186 . PMID 35113722 . 1 2 Dixon JR、Gorkin DU、Ren B (2016 年 6 月)。 「 クロマチン ドメイン: 染色体 組織 の単位」 。Molecular Cell。62 ( 5): 668–680。doi : 10.1016 / j.molcel.2016.05.018。PMC 5371509。PMID 27259200 。 1 2 Clarkson CT、Deeks EA、Samarista R、Mamayusupova H、Zhurkin VB、Teif VB (2019 年 9 月)。 「 リンカー長 が減少した非対称ヌクレオソームアレイによって 形成 される CTCF 依存性クロマチン境界」 。Nucleic Acids Research。47 ( 21): 11181– 11196。doi : 10.1093/nar / gkz908。PMC 6868436。PMID 31665434 。 ↑ de Laat W 、 Duboule D (2013 年10 月 )。 「哺乳類 の 発生 促進因子のトポロジーとその制御ランドスケープ」 。Nature。502 ( 7472 ): 499–506。Bibcode : 2013Natur.502..499D。doi : 10.1038 / nature12753。PMID 24153303。S2CID 4468533 。 1 2 Szabo Q、Bantignies F、Cavalli G (2019 年 4 月 )。 「ゲノムがトポロジカルに関連するドメインに折り畳まれる原理 」 。Science Advances。5 ( 4 ) eaaw1668。Bibcode : 2019SciA .... 5.1668S。doi : 10.1126 / sciadv.aaw1668。PMC 6457944。PMID 30989119 。 ↑ Sexton T、Yaffe E 、Kenigsberg E、Bantignies F、Leblanc B、Hoichman M、et al. (2012年2月)。 「 ショウジョウバエ ゲノム の 三次元折り畳みと機能的組織化の原理」 。Cell。148 ( 3 ) : 458–472。Bibcode : 2012Cell..148..458S。doi : 10.1016/ j.cell.2012.01.010。PMID 22265598 。 ↑ Ing- Simmons E、Vaquerizas JM (2019年9月)。 「3次元ゲノム構造を2次元で可視化する」 。Development。146 ( 19 ) dev177162 : 99–101。doi : 10.1242 / dev.177162。PMID 31558569 。 ↑ Durand NC; Robinson JT; Shamim MS; Machol I; Mesirov JP; Lander ES; Aiden EL (2016年7月) 「Juiceboxは無制限ズームでHi-Cコンタクトマップの可視化システムを提供する」 Cell Systems . 3 ( 1): 99– 101. doi : 10.1016/j.cels.2015.07.012 . PMC 5596920. PMID 27467250 . ↑ Kerpedjiev P、Abdennur N、Lekschas F 、 McCallum C、Dinkla K、Strobelt H、et al. (2018 年 8 月)。 「 HiGlass : ゲノム相互作用マップのウェブベースの視覚的探索と分析」 。Genome Biology。19 ( 1 ) 125。doi : 10.1186/ s13059-018-1486-1。PMC 6109259。PMID 30143029 。 ↑ Lekschas F、Bach B、Kerpedjiev P、Gehlenborg N、Pfister H (2018 年 1 月)。 「HiPiler: 対話型スモールマルチプルによる 大 規模ゲノム相互作用マトリックスの視覚的探索」 。IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics。24 ( 1 ) : 522–531。Bibcode : 2018ITVCG..24..522L。doi : 10.1109 / TVCG.2017.2745978。PMC 6038708。PMID 28866592 。 ↑ Wang Y, Song F, Zhang B, Zhang L, Xu J, Kuang D, et al. (2018 年 10 月). "The 3D Genome Browser: a web-based browser for visualizing 3D genome organization and long-range chromatin interactions" . Genome Biology . 19 (1) 151. doi : 10.1186/s13059-018-1519-9 . PMC 6172833. PMID 30286773 . ↑ Yang D, Jang I, Choi J, Kim MS, Lee AJ, Kim H, et al. (2018年1月). "3DIV: 3Dゲノム相互作用ビューアおよびデータベース" . Nucleic Acids Research . 46 (D1): D52– D57. doi : 10.1093/nar/gkx1017 . PMC 5753379 . PMID 29106613 . ↑ Szalaj P、Michalski PJ、Wróblewski P、Tang Z、Kadlof M、Mazzocco G、et al. (2016年7月)。 「 3D - GNOME:3Dゲノムの構造モデリングのための統合ウェブサービス」 。Nucleic Acids Research。44 ( W1): W288– W293。doi : 10.1093/nar / gkw437。PMC 4987952。PMID 27185892 。 ↑ Liu, T., Porter, J., Zhao, C. et al. TADKB: トポロジカルに関連するドメインのファミリー分類と知識ベース。BMC Genomics 20, 217 (2019). https://doi.org/10.1186/s12864-019-5551-2 1 2 フーデンベルグ G、イマカエフ M、ルー C、ゴロボロドコ A、アブデンヌール N、ミールヌイ LA (2016 年 5 月)。 「ループ押し出しによる染色体ドメインの形成」 。 セルレポート 。 15 (9): 2038–2049 。 Bibcode : 2016CellR..15.2038F 。 土井 : 10.1016/j.celrep.2016.04.085 。 PMC 4889513 。 PMID 27210764 。 ↑ Sanborn AL; Rao SS; Huang SC; Durand NC; Huntley MH; Jewett AI; et al. (2015年11月) 「クロマチン押し出しが野生型および改変ゲノムにおけるループおよびドメイン形成の重要な特徴を説明する」 米国 科学 アカデミー紀要 112 (47): E6456– E6465. Bibcode : 2015PNAS..112E6456S . doi : 10.1073/pnas.1518552112 . PMC 4664323 . PMID 26499245 . ↑ Yatskevich S; Rhodes J; Nasmyth K (2019年12月) 「SMC複合体による染色体DNAの組織化」 Annual Review of Genetics . 53 (1): 445– 482. doi : 10.1146/annurev - genet-112618-043633 . PMID 31577909. S2CID 203653572 . ↑ Golfier S、Quail T、Kimura H、Brugués J (2020 年 5 月)。Dekker、Struhl K、Mirny LA、Musacchio A、Marko JF (編)。 「 コヒーシン と コンデンシン は細胞周期依存的に DNA ループを 押し出す 」 。eLife。9 e53885。doi : 10.7554 / eLife.53885。PMC 7316503。PMID 32396063 。 ↑ Davidson IF、Bauer B 、 Goetz D、Tang W、Wutz G、Peters JM (2019年12月)。 「 ヒト コヒーシン による DNA ループ押し出し」 。Science。366 ( 6471): 1338–1345。Bibcode : 2019Sci ...366.1338D。doi : 10.1126 / science.aaz3418。PMID 31753851。S2CID 208228309 。 ↑ Kim Y, Shi Z, Zhang H, Finkelstein IJ, Yu H (2019年12月). "ヒトコヒーシンはループ押し出しによってDNAをコンパクトにする" . Science . 366 (6471): 1345– 1349. Bibcode : 2019Sci...366.1345K . doi : 10.1126/science.aaz4475 . PMC 7387118 . PMID 31780627 . ↑ Davidson IF、Barth R、Zaczek M、van der Torre J、Tang W、Nagasaka K、et al . (2022-09-09)。「CTCFは、コヒーシンを介したDNAループ押し出しに対するDNA張力依存性の障壁である」。bioRxiv 10.1101/2022.09.08.507093 。 ↑ Zhang H, Shi Z, Banigan EJ, Kim Y, Yu H, Bai X, Finkelstein IJ (2023). "CTCFとRループはコヒーシン媒介DNAループ形成の境界である". Molecular Cell . 83 (16): 2856–2871.e8. bioRxiv 10.1101/2022.09.15.508177 . doi : 10.1016/j.molcel.2023.07.006 . PMID 37536339 . ↑ Man, Zhou (2022年9月). " 大腸菌SMC複合体MukBEFによるDNAスライディングとループ形成" . Biochemistry and Biophysics Reports . 31 101297. doi : 10.1016/j.bbrep.2022.101297 . PMC 9234588. PMID 35770038 . ↑ リュウ JK、ブシュー C、リュー HW、キム E、南野 M、デ グルート R、カタン AJ、ボナート A、マレンドゥッツォ D、ミキエレット D、ウールマン F (2021 年 2 月)。 「コヒーシンSMCタンパク質複合体によって誘導される架橋誘導相分離」 。 科学の進歩 。 7 (7)eabe5905。 Bibcode : 2021SciA....7.5905R 。 土井 : 10.1126/sciadv.abe5905 。 PMC 7875533 。 PMID 33568486 。 ↑ Gabriele M、Brandão HB、Grosse-Holz S、Jha A、Dailey GM、Cattoglio C、et al . ( 2022 年 4 月)。 「生細胞イメージングによって明らか になった CTCF およびコヒーシンを 介し たクロマチンループの ダイナミクス」 。Science。376 ( 6592 ): 496–501。Bibcode : 2022Sci... 376..496G。doi : 10.1126 / science.abn6583。PMC 9069445。PMID 35420890 。 ↑ Beckwith KS、Ødegård-Fougner Ø、Morero NR、Barton C、Schueder F、Tang W、et al. (2022-05-02)。「単一ヒト細胞におけるDNAナノスケール追跡によるループ押し出しの可視化」。bioRxiv 10.1101 /2021.04.12.439407 。 ↑ Mach P、Kos PI、Zhan Y、Cramard J、Gaudin S、Tünnermann J、et al. (2022-03-03). "生細胞イメージングと物理モデリングにより、コヒーシンとCTCFによる染色体折り畳みダイナミクスの制御が明らかになった". bioRxiv 10.1101/2022.03.03.482826 . ↑ Flyamer IM、Gassler J、Imakaev M、Brandão HB、Ulianov SV、Abdennur N、他 。 (2017年4月)。 「単核 Hi-C は、卵母細胞から接合子への移行時に独特のクロマチン再構成を明らかにします 。 」 自然 。 544 (7648): 110–114 。 Bibcode : 2017Natur.544..110F 。 土井 : 10.1038/nature21711 。 PMC 5639698 。 PMID 28355183 。 1 2 Racko D、Benedetti F、Dorier J、Stasiak A (2019年1月)。 「 TAD は 超らせん構造 か ?」 。 Nucleic Acids Research。47 ( 2): 521–532。doi : 10.1093/nar / gky1091。PMC 6344874。PMID 30395328 。 ↑ Racko D、Benedetti F、Dorier J、Stasiak A (2018年2月)。 「転写誘導スーパーコイル 形成 が 、間期染色体におけるTAD形成 時 の クロマチンループ押し出しの原動力となる」 。Nucleic Acids Research。46 ( 4): 1648–1660。doi : 10.1093/nar / gkx1123。PMC 5829651。PMID 29140466 。 ↑ Brackley CA、Johnson J、 Michieletto D、Morozov AN、Nicodemi M、Cook PR、Marenduzzo D (2017 年 9 月)。「分子スリップリンクによる非平衡染色体 ループ 形成 」 。Physical Review Letters。119 ( 13 ) 138101。arXiv : 1612.07256。Bibcode : 2017PhRvL.119m8101B。doi : 10.1103 / PhysRevLett.119.138101。PMID 29341686。S2CID 14706723 。 ↑ Yamamoto T, Schiessel H (2017年9月). "ループ押し出しプロセスの浸透メカニズム". Physical Review E . 96 ( 3– 1) 030402. Bibcode : 2017PhRvE..96c0402Y . doi : 10.1103/PhysRevE.96.030402 . hdl : 1887/58394 . PMID 29346962 . ↑ Vietri Rudan M、Barrington C、Henderson S、Ernst C、Odom DT、Tanay A、Hadjur S (2015 年 3 月)。 「比較 Hi-C により 、 CTCF が染色体ドメイン構造の進化の根底にあること が 明らかになった」 。Cell Reports。10 ( 8): 1297–1309。doi : 10.1016 / j.celrep.2015.02.004。PMC 4542312。PMID 25732821 。 1 2 Jost D、Vaillant C、Meister P (2017 年 2 月)。「1 次元修飾と 3 次元核構造の結合: データ、モデル、機能」。Current Opinion in Cell Biology。44 : 20–27。doi : 10.1016 / j.ceb.2016.12.001。PMID 28040646 。 ↑ Yang Y, Zhang Y, Ren B, Dixon JR, Ma J (2019年6月). "Phylo-HMRFを用いた複数種の3Dゲノム構造の比較" . Cell Systems . 8 (6): 494–505.e14. doi : 10.1016/j.cels.2019.05.011 . PMC 6706282 . PMID 31229558 . 1 2 Liao, Yi; Zhang, Xinwen; Chakraborty, Mahul; Emerson, JJ (2021-03-01). "ショウジョウバエにおけるゲノム構造と機能の進化におけるトポロジカル関連ドメインとその役割" . Genome Research . 31 (3): 397– 410. doi : 10.1101/gr.266130.120 . ISSN 1088-9051 . PMC 7919452 . PMID 33563719 . ↑ Marchal C、Sima J、Gilbert DM (2019 年 12 月)。 「3D ゲノムにおける DNA 複製タイミングの制御」 。Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 20 (12): 721–737 . doi : 10.1038/s41580-019-0162-y . PMC 11567694 . PMID 31477886 . S2CID 201714312 . ↑ Ji X、Dadon DB、Powell BE、Fan ZP、Borges-Rivera D、Shachar S、et al . (2016 年 2月 )。 「ヒト多能 性細胞 の 3D 染色体制御ランドスケープ」 。Cell Stem Cell。18 ( 2): 262–275。doi : 10.1016/ j.stem.2015.11.007。PMC 4848748。PMID 26686465 。 ↑ Lupiáñez DG、Spielmann M 、Mundlos S (2016 年 4 月)。「TAD の破壊: クロマチン ドメインの変化が疾患を引き起こす仕組み」。Trends in Genetics。32 ( 4 ): 225–237。doi : 10.1016/j.tig.2016.01.003。hdl : 11858 / 00-001M-0000-002E-1D1D- D。PMID 26862051 。 ↑ Lupiáñez DG、Kraft K、Heinrich V、Krawitz P、Brancati F、Klopocki E、et al. (2015 年 5 月)。 「 トポロジカル クロマチン ドメイン の破壊は 、 遺伝子エンハンサー相互作用の病原性再配線を引き起こす」 。Cell。161 ( 5 ) : 1012–1025。Bibcode : 2015Cell..161.1012L。doi : 10.1016 / j.cell.2015.04.004。PMC 4791538。PMID 25959774 。 ↑ Angier N (2017-01-09). 「ある家族の共通の欠陥がヒトゲノムに光を当てる」 . ニューヨーク・タイムズ . ↑ Franke M、Ibrahim DM、Andrey G 、 Schwarzer W、Heinrich V、Schöpflin R、et al . (2016 年 10 月)。「新しいクロマチン ドメインの形成がゲノム重複の病原性を決定する」。Nature。538 ( 7624 ) : 265–269。Bibcode : 2016Natur.538..265F。doi : 10.1038 / nature19800。hdl : 11858 / 00-001M -0000-002C- 010A - 3。PMID 27706140。S2CID 4463482 。 ↑ Hnisz D、Weintraub AS、Day DS、Valton AL、Bak RO、Li CH、et al . (2016 年 3 月 )。 「 染色体近傍の破壊によるプロトオンコジーンの活性化」 。Science。351 ( 6280 ): 1454–1458。Bibcode : 2016Sci ...351.1454H。doi : 10.1126 / science.aad9024。PMC 4884612。PMID 26940867 。 ↑ Flavahan WA、Drier Y、Liau BB、Gillespie SM、Venteicher AS、Stemmer-Rachamimov AO、 他。 (2016年1月)。 「IDH変異型神経膠腫における絶縁体機能不全とがん遺伝子活性化」 。 自然 。 529 (7584): 110–114 。 Bibcode : 2016Natur.529..110F 。 土井 : 10.1038/nature16490 。 PMC 4831574 。 PMID 26700815 。 ↑ Weischenfeldt J、Dubash T、Drainas AP、Mardin BR、Chen Y、Stütz AM、et al. (2017 年 1 月)。 「 体細胞コピー数異常のパンキャンサー解析により、IRS4 と IGF2 がエンハンサーの乗っ取りに関与していることが示唆さ れる 」 。Nature Genetics。49 ( 1 ) : 65–74。doi : 10.1038 / ng.3722。PMC 5791882。PMID 27869826 。 1 2 Gonzalez-Sandoval A; Gasser SM (2016 年 8 月) 「TAD と LAD について: 遺伝子発現の空間的制御」 Trends in Genetics . 32 (8): 485– 495. doi : 10.1016/j.tig.2016.05.004 . PMID 27312344 . ↑ Li M、Liu GH、Izpisua Belmonte JC (2012年7月)。「多能性幹細胞のエピジェネティックランドスケープのナビゲート」。Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 13 (8): 524– 535. doi : 10.1038/nrm3393 . PMID 22820889 . S2CID 22524502 .
外部リンク ジュースボックス ハイグラス ハイパイラー 3Dゲノムブラウザ 3DIV 3D-GNOME TADKB