C-methods to study 3D organization of the eukaryotic genome

Abstract

В последнее время становится все более очевидным, что пространственная организация эукариотического генома играет важную роль в регуляции экспрессии генов. Трехмерную (3D) организацию генома можно исследовать с помощью различных видов микроскопии, в частности, совмещенных с техникой флуоресцентной in situ гибридизации (FISH). Однако когда речь заходит об анализе пространственных взаимодействий между специфическими участками генома, намного более эффективными оказываются методы фиксации конформации хромосомы (3С). Они основаны на предпочтительном лигировании фрагментов ДНК, сшитых через белковые мостики в живых клетках посредством формальдегидной фиксации. Предполагается, что такие мостики связывают фрагменты ДНК, расположенные в непосредственной близости в ядре. В обзоре описаны существующие на сегодня методы фиксации конформации хромосомы – от 3С и ChIP-loop до Hi-C и ChiA- PET, объединенные под общим названием «С»-методы. Клюевые слова: фиксация конформации хромосомы (3С), пространственная организация генома.

Останнім часом стає все очевиднішим, що просторова організація еукаріотичного геному відіграє важливу роль у регуляції експресії генів. Тривимірну (3D) організацію геному можна досліджувати за допомогою різних видів мікроскопії, зокрема, сумісних з технікою флуоресцентної in situ гібридизації (FISH). Однак коли йдеться про аналіз просторових взіємодій між специфічними ділянками геному, набагато ефективнішими виявляються методи фіксації конформації хромосоми (3С). Вони засновані на переважаючому лігуванні фрагментів ДНК, зшитих через білкові містки у живих клітинах за посередництвом формальдегідної фіксації. Передбачається, що такі містки зв’язують фрагменти ДНК, розміщені у безпосередній близькості у ядрі. В огляді описано існуючі на сьогодні методи фіксації конформації хромосоми – від 3С і ChIP-loop до Hi-C і ChiA-PET, об’єднані під загальною назвою «С»-методи. Ключові слова: фіксація конформації хромосоми (3С), просторова організація геному.

It is becoming increasingly evident that spatial organization of the eukaryotic genome plays an important role in regulation of gene expression. The three-dimensional (3D) genome organization can be studied using different types of microscopy, in particular those coupled with fluorescence in situ hybridization. However, when it comes to the analysis of spatial interaction between specific genome regions, much higher performance demonstrate chromosome conformation capture (3C) methods. They are based on the proximity ligation approach which consists in preferential ligation of the ends of DNA fragments joined via protein bridges in living cells by formaldehyde fixation. It is assumed that such bridges link DNA fragments that are located in close spatial proximity in the cell nucleus. In this review we describe current 3C-based approaches, from 3C and ChiP-loop to Hi-C and ChiA-PET, going under the collective name of C-methods. Keywords: chromosome conformation capture, genome spatial organization.