组织染色质在心血管疾病中的作用研究--未来展望

近年来，在研究真核基因组DNA三维结构的技术上取得了突飞猛进的进展。这种组织包括染色体区域、隔间、拓扑相关结构域(TADS)和调控元件之间的相互作用。我们现在了解到，在DNA复制、转录、维持和RNA加工过程中，高阶染色质组织是受调节的、是动态的，并且是调节基因组功能的基础。基因组组织被认为是细胞中随时间动态变化的，以反映生物状态的差异。此外，基因在细胞群体中的表达是异质性的，这意味着在同一类型的单个细胞之间可能存在组织上的差异，例如增强子-启动子的接触。因此，染色质组织是细胞表观遗传状态的决定性因素。

图片来源: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34613365/

研究人员多年来一直在研究心脏中的染色质组织，并观察到在发育、分化或疾病等过程中，基因表达的差异与细胞核形状、大小或染色质密度的差异有关。然而，由于缺乏适当的方法以足够的分辨率评估染色质动态，长期以来，基因组组织变化和心脏发育或疾病之间的因果关系只是推测。然而，当前染色质构象捕捉技术的发展和应用揭示了心脏发育或病变过程中染色质组织、基因调控和功能之间的等级关系。

然而，即使是现在，大多数可用的方法倾向于以批量分析的方式研究数百万个细胞的基因组组织，这可能掩盖了关于特定细胞类型或单个细胞分辨率的组织的关键信息，并且可能不能准确地评估被调查组织中的相关染色质结构。

在单细胞水平上测量三维基因组组织的方法学挑战是巨大的。加州理工学院(California Institute Of Technology)的研究人员最近在《自然·生物技术》(Nature Biotechnology)上发表的一项研究中解决了这一挑战，他们开发了一种技术，可以在数千个单个细胞中制作高分辨率的全基因组3D DNA组织图。

通过标签扩展（scSPRITE）的单细胞分裂池识别相互作用使用分裂和池条形码来标记同一核内的DNA片段并映射其3D空间排列。由于scSPRITE可测量多向DNA接触，因此可在单个细胞内创建更高分辨率的图谱，可通过邻近连接实现。

在这种方法中，细胞被解离成单细胞悬浮液，随后是原位交联的DNA和蛋白质复合物。紧随其后的是细胞核的分离和渗透。之后，对DNA进行消化，并应用两套分池条形码(Split-and-Pool Barcode)。首先，对来自同一细胞核的DNA片段进行三轮核条形码标记，然后对这些片段的3D排列进行三轮特殊条形码标记。经过六轮组合条形码后，scSPRITE能够保存每个复合体中有关细胞起源和空间DNA排列的信息。该技术声称的重要优点是它不需要专门的设备或训练，并且与其他现有方法相比，它在较大数量的细胞上从较少数量的测序读数中提供更高的分辨率。

研究染色质组织在心血管疾病中的作用--未来展望。

图片来源: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34613365/

所有心脏细胞类型的详细描述将进一步促进我们对心脏疾病期间重要基因组拓扑变化的复杂性的理解。幸运的是，基因组组织领域正在迅速发展新的、更先进的技术，以研究单个细胞核内的3D基因组结构。将这些改进的技术应用于心脏生物学，将为我们的心脏病理生理学知识增加一个新的维度，并有助于开发新的、改进的心脏疾病治疗方法。(生物谷 Bioon.com)

参考文献

Monika M Gladka et al. Studying the role of chromatin organisation in cardiovascular diseases-future perspectives. Cardiovasc Res. 2021 Oct 6;cvab319. doi: 10.1093/cvr/cvab319.