[发明专利]基因调控性染色质相互作用的鉴定方法、系统及其应用

说明书

本发明涉及一种运用多种基因组分析技术，例如RNA‑seq、ChIP‑seq或Hi‑C等手段，对经历状态转变(例如细胞分化)的样品的目标特性进行多方面表征和分析，从而识别出基因调控性染色质相互作用的方法，特别涉及一种鉴定在样品状态转变过程中，与样品状态转变相关的染色质相互作用和相关基因的方法。

技术领域

本发明涉及一种鉴定基因调控性染色质相互作用的方法，特别涉及一种鉴定在样品状态转变过程中，能够影响样品转变的染色质相互作用以及相应的效应基因的方法。

背景技术

染色质构象在基因表达的调控中起关键作用。研究发现有丝分裂间期染色体占据特定的领域，基因转录与基因相对于核纤层以及染色体领域的相对位置密切关联。最近使用高通量染色体构象捕获(Hi-C)的研究已经揭示，基因组被组织成几百个千碱基至一个兆碱基的拓扑相关结构域(Topologically Associating Domain，简称TAD)，并且TAD中的染色质区域更可能与同一个TAD内的其他区域发生作用，而不是与TAD以外的区域发生作用。并且在不同的细胞类型之间，大多数TAD位置是保持不变的，并显示出了进化上的保守性。

在同一个TAD的基因在面临激素刺激时或者在分化过程中显示出了相互协调的变化，这表明了TAD不仅是一个结构结构单元，而且还能够作为转录调节的功能单位。此外，在TAD内，由特定蛋白质或非编码RNA介导的长程染色质相互作用将远距离的调控区域，如增强子和基因启动子连接起来，从而使基因表达的远距离调控成为可能。

例如，在细胞分化中，常常伴随着关键基因的表达差异以及染色质三维结构或者构象的巨大改变，但是目前并没有有效的手段能够用于确定在这个过程中染色质结构的改变如何与关键基因的表达等行为的相互关联，以及这种相互关联是如何影响到细胞分化等状态变化的。因此本领域迫切需要一种新的方法，能够有效的分析并鉴定出在状态转变过程中，具有调节功能的染色质相互作用或者与受到染色质相互作用影响或调节的，对状态转变具有重要作用的关键基因或者调控因子。

发明内容

发明人经过长期的研究，获得了一种将染色质相互作用、特定基因的表达水平和/或识别位点与染色质内部基因调控这三个方面进行关联的方法，从而完成了本发明。

在第一个方面中，本发明涉及一种样品状态转变效应基因的鉴定方法，所述效应基因的表达受到样品状态转变中染色质相互作用改变的影响，其包括下列步骤：

(1)对处于第一状态和第二状态的样品进行比较，从而至少获得下列差异信息：基因可识别行为差异，以及存在于基因转录调控区域的染色质相互作用差异，和

(2)将步骤(1)获得的差异信息建立关联，获得与状态转变中转录调控区域的染色质相互作用差异有关的基因可识别行为差异，从而鉴定所述效应基因。

在一个实施方式中，其中所述样品是细胞。

在另一个实施方式中，其中所述基因可识别行为差异包括基因表达量的差异和/或基因调控区域基因组序列中结合模体分布的差异；优选的，所述基因表达量的差异是mRNA表达量差异或蛋白质表达量差异。

在另一个实施方式中，其中通过以下步骤获得步骤(1)中存在于基因转录调控区域的染色质相互作用差异：

(a)鉴定样品基因组中处于激活状态的启动子和/或增强子的位点；

(b)鉴定所有染色质相互作用的发生区域；

(c)整合步骤(a)和步骤(b)所获得的信息，得到位于激活状态的启动子和增强子之间存在的染色质相互作用，即存在于转录调控区域的染色质相互作用；和

(d)将不同样品之间存在于转录调控区域的染色质相互作用进行比较，得到存在于基因转录调控区域的染色质相互作用差异。

在另一个实施方式中，其中通过以下步骤获得步骤(1)中的基因可识别行为差异：