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生物信息学方法研究CTCF在基因组拓扑结构和增强子与启动子相互作用中的功能

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目录

第一章 绪论

1.1 原钙黏蛋白基因簇家族

1.1.1 原钙黏蛋白基因簇的组成

1.1.2 原钙黏蛋白基因簇的功能

1.2 基因组染色质拓扑结构

1.3 基于二代测序的全基因组测序技术

1.4 绝缘子蛋白复合物CTCF/cohesin

1.4.1 CTCF结合位点和cohesin结合位点在基因组中分布广泛

1.4.2 CTCF和cohesin蛋白的绝缘子功能

1.4.3 CTCF和cohesin蛋白介导的基因组相互作用

1.4.4 Pcdh基因簇家族当中CBS位点的分布

1.5 CRISPR/Cas9遗传编辑技术

第二章 材料和方法

2.1 实验仪器

2.1.1 计算平台

2.1.2 操作系统

2.2 试验方法

2.2.1 二代测序数据前期准备和序列比对

2.2.2 使用4Cseq方法进行4C-seq测序结果的分析

2.2.3 ChIP-seq数据的分析

2.2.4 RNA-seq数据的分析

2.2.5 全基因组CTCF/cohesin结合规律分析

第三章 实验结果

3.1 Pcdh基因簇的调控区域的确定

3.2 Pcdh基因簇内的两个CCD内的CBS的方向是有规律的

3.3 原位的反转CCD边界CBS位点改变了染色体相互作用和相关基因的表达

3.4 基因组范围内与CTCF蛋白结合CBS位点相关的染色体相互作用的分析

3.5 基因组范围内与CTCF/cohesin共同介导的DNA相互作用分析

3.6 在β-globin基因簇中进行CBS的敲除、反转,验证CBS方向在DNA相互作用中的机制

3.7 单个基因位置CTCF介导相互作用的预测

第四章 总结与讨论

参考文献

致谢

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摘要

CTCF和与之结合的cohesin蛋白复合物在绝缘子功能和哺乳动物基因组染色质高级结构的组织中发挥着极其重要的作用。最近的研究发现CTCF结合位点(CBSs)的方向与染色质的相互作用相关。我们结合CRISPR/Cas9基因组DNA编辑技术、染色体构象捕获技术和全基因组生物信息学分析技术,使用原钙黏蛋白基因家族和β-珠蛋白基因作为研究模型,结果说明 CBS的位置和方向决定了哺乳动物特异的染色体长距离相互作用。反转原钙黏蛋白基因簇增强子区域的CBS位点,染色体重新构建了远端增强子和目标启动子的拓扑相互作用,并改变了相关基因的转录表达。利用已经发表的和ENCODE计划的ChIP-seq和 ChIA-PET等数据,分析了全基因组范围内与CTCF/cohesin方向性地结合CBS位点相关的染色体相互作用的CBS方向和其所形成的的染色质拓扑结构域(CCD)。我们发现绝大部分的与CTCF相关的染色体相互作用都是CBS成正向-反向的,超过90%的CTCF/cohesin介导的CCD的边界CBS对则是反向-正向的。因此,我们认为尽管在以前有报道认为增强子的作用是没有方向的,但是在自身染色质环境下一些包含 CBS位点的增强子是有方向的,并可以决定染色质的拓扑结构和增强子与启动子特异的相互作用。总之,本研究结果揭示了基因组上一维基因组序列是如何编码成三维染色体结构的。

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