一种精确捕获真核细胞群体的3D基因组构象及其系综分布的新技术和新算法

批准号:
31671342
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
张治华
依托单位:
学科分类:
C0601.遗传物质结构与功能
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
李飞飞、杨清竹、孙磊、李敬、唐碧霞、李小丽、张辉、白雪
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中文摘要
真核生物的诸多生命过程都依赖其基因组在细胞核内的空间构象。随着测序技术的发展,基于染色质构象捕获的各种技术提高了我们对核内空间构象的认识。然而当前的技术还仍然存在分辨率过低和难以获得染色质构象在细胞群体中分布的难题。本课题拟开发新的染色质构象捕获技术Mi-C。通过引入多分子连接和多桥接头,Mi-C富集相互作用热点,并捕获细胞内原位相互作用组合的信息。同时,我们将开发针对Mi-C的新数据模型和计算方法。在大幅提高分辨率的同时,我们可以初步探索空间构象在细胞群体中的分布。最后,我们拟以肝癌转移细胞模型HCC-LM3/97L为材料,研究它们染色质空间构象的异同,并通过Crispr/CAS9靶向敲除实验来检验转移能力和染色质构象的关联。Mi-C在以低成本完成高精度染色质构象重建的同时,第一次使得研究染色质构象在细胞群体中的分布成为可能。Mi-C技术将为三维基因组的研究扩展到更多的领域奠定基础。
英文摘要
Eukaryotic genomes have complex conformation forms in the nucleus, and many cellular processes in the nucleus depends on the correct folding. With the rapid development of high-throughput sequencing technology, a series of chromatin conformation capture (3C) based new technologies advanced our understanding of the genome spatial structure. However, limited by the technologies per se, an array of questions cannot be fully addressed. In order to solve a key limitation of the current technologies, i.e unable to obtain the distribution of chromatin structure ensemble in a cell population, this project will develop Mi-C, a new chromatin conformation capture technology. By introducing more bridge linkers, Mi-C aimed to join multiple intra-complex interactions at the loop hub region simultaneously. The Multi-connection can get inside information of the cell, and captures the combination of interactions in situ. Based on the information, we will develop a new data model and a new computational method to improve the accuracy of spatial conformation reconstruction, moreover, we will be able to exploring the distribution of conformation ensemble in the cell population with Mi-C. Finally, we plan to study the chromatin conformation difference between two hepatocellular carcinoma cell lines with diverged metastasis capacity (HCC-LM3/97L). After we identified the key structural difference between the two cell line, Crispr/CAS9 experiments will be conducted to knockout the key regulator/element to exam if the metastasis capacity can be altered. Mi-C will be not only at a very low cost to complete the chromatin conformation reconstruction with high accuracy, and for the first time, it going to make the study of chromatin conformation distribution in a large cell population become possible. This, in turn, will help the expansion of three-dimensional genome research to broad fields.
真核生物的诸多生命过程都依赖其基因组在细胞核内的空间构象。随着测序技术的发展,基于染色质构象捕获的各种技术提高了我们对核内空间构象的认识。然而当前的技术还仍然存在分辨率过低和难以获得染色质构象在细胞群体中分布的难题。本课题开发了新的染色质构象捕获技术Mi-C。通过引入多分子连接和多桥接头,Mi-C富集相互作用热点,并捕获细胞内原位相互作用组合的信息。同时,我们开发了新染色质构象分析算法CISD/CISD_loop, deDoc, deNOPA,大幅提高在极低数据量下的分辨率水平。最后我们应用我们开发的新算法在猪的早期胚胎发育中,发现在猪胚胎的染色质高级结构重编程过程中特异性的超级结构域和在合子基因组激活阶段的去区室效应。Mi-C技术将为三维基因组的研究扩展到更多的领域奠定基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
The Dynamic 3D Genome in Gametogenesis and Early Embryonic Development
配子发生和早期胚胎发育中的动态 3D 基因组
DOI:10.3390/cells8080788
发表时间:2019-07
期刊:Cells
影响因子:6
作者:Li F;An Z;Zhang Z
通讯作者:Zhang Z
Decoding topologically associating domains with ultra-low resolution Hi-C data by graph structural entropy.
通过图结构熵解码具有超低分辨率 Hi-C 数据的拓扑关联域
DOI:10.1038/s41467-018-05691-7
发表时间:2018-08-15
期刊:Nature communications
影响因子:16.6
作者:Li A;Yin X;Xu B;Wang D;Han J;Wei Y;Deng Y;Xiong Y;Zhang Z
通讯作者:Zhang Z
Evidence of constraint in the 3D genome for trans-splicing in human cells
人类细胞中转拼的 3D 基因组限制的证据
DOI:10.1007/s11427-019-1609-6
发表时间:2020-03
期刊:SCIENCE CHINA Life Sciences
影响因子:--
作者:Cong Liu;Yiqun Zhang;Xiaoli Li;Yan Jia;Feifei Li;Jing Li;Zhihua Zhang
通讯作者:Zhihua Zhang
Characteristic arrangement of nucleosomes is predictive of chromatin interactions at kilobase resolution.
核小体的特征排列可以预测千碱基分辨率的染色质相互作用。
DOI:10.1093/nar/gkx885
发表时间:2017-12-15
期刊:Nucleic acids research
影响因子:14.9
作者:Zhang H;Li F;Jia Y;Xu B;Zhang Y;Li X;Zhang Z
通讯作者:Zhang Z
Episo: quantitative estimation of RNA 5-methylcytosine at isoform level by high-throughput sequencing of RNA treated with bisulfite
Episo:通过对经亚硫酸氢盐处理的 RNA 进行高通量测序,在异构体水平上定量估计 RNA 5-甲基胞嘧啶
DOI:10.1093/bioinformatics/btz900
发表时间:2020-04-01
期刊:BIOINFORMATICS
影响因子:5.8
作者:Liu, Junfeng;An, Ziyang;Zhang, Zhihua
通讯作者:Zhang, Zhihua
基于ATAC-seq高精度预测染色质相互作用的新方法和基于增强现实的3D基因组数据可视化
- 批准号:31871331
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:59.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:张治华
- 依托单位:
细胞分化过程中长非编码RNA介导的三维基因组遗传信息传递网络的解析
- 批准号:91540114
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:85.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:张治华
- 依托单位:
基于整合海量多“组学”数据的方法研究基因转录和剪接的协同作用
- 批准号:31271398
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:张治华
- 依托单位:
基因表达随机波动对肿瘤异质性形成的微进化过程的研究
- 批准号:91131012
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:张治华
- 依托单位:
国内基金
海外基金
