Genom viših eukariota ima složenu trodimenzionalnu prostornu strukturu, kao što su kromatinske petlje (kromatinske petlje), topološki povezane domene (TAD), aktivni/neaktivni kromatinski odjeljci (A/B odjeljci) i kromosomske domene (kromosomski teritoriji) na različite ljestvice. Te su strukture važne za održavanje stabilnosti genoma, preciznu regulaciju ekspresije gena, čime utječu na određivanje sudbine stanice i uspostavljanje fenotipa. Klasična 3D struktura genoma uglavnom se otkriva različitim tehnologijama visoke propusnosti predstavljenim hvatanjem konformacije kromosoma (3C) i njegovim izvedenim metodama kao što su 4Cs, 5C, Hi-C i ChIA-PET. Ove tehnologije mogu uhvatiti sekvence DNA u paru u jezgri, ali ne uspijevaju uhvatiti sinergističke interakcije na više mjesta (višesmjerni kontakt) i topologiju jedne molekule (topologija jednog alela) u staničnoj populaciji. Nadalje, genomske 3D strukture dinamički se mijenjaju tijekom staničnog ciklusa, razvoja i diferencijacije i povezane su s interakcijama kromatina u više gena i regulatornih intervala. Dobivanje topologije jedne molekule kromosoma u staničnoj populaciji važno je za ispitivanje mehanizma dinamičkog savijanja genoma i povezanosti s regulatornim funkcijama gena.
Hou Chunhui, istraživač Instituta za zoologiju Kunming Kineske akademije znanosti, i Xiao Chuanle, suradnik istraživač Zhongshan oftalmološkog centra Sveučilišta Sun Yat-sen, objavili su istraživački rad pod naslovom High-throughput Pore-C otkriva jedan alel topologija i specifičnost tipova stanica 3D savijanja genoma u Nature Communications (Nature Communications). Ovaj rad optimizira Pore-C metodu visoke propusnosti, značajno povećava protok detekcije kromatinskih interakcija višeg reda i otkriva topološku raznolikost jedne molekule i specifičnost stanice trodimenzionalnog genoma.
Razlog za relativno nisku propusnost sekvenciranja Pore-C tehnologije može biti blokada jezgre nanopore za sekvenciranje jer protein umrežen s DNA nije potpuno uklonjen. Kako bi se riješio ovaj problem, studije su optimizirale enzimske uvjete, testirale strategiju višestruke proteolize i korištenje miješanih proteaza, povećale prinos sekvenciranja za oko 80 posto i gotovo višestruko povećale troškove korištenja ove tehnologije. Osim toga, razvili smo proces poravnanja MapPore-C integracijom algoritama za poravnanje NGMLR i Minimap2, što je značajno poboljšalo točnost poravnanja i nisko korištenje podataka. U međuvremenu smo potvrdili da HiPore-C može visoko reproducirati Hi-C kromatinske petlje, domene povezane s topologijom i odjeljke kromatinske regije u usporedbi s Hi-C podacima. Nadalje, studija je istraživala interakciju visokog reda između kromosoma, većina interakcija se ne događa između telomera i centriola, već u genomskim regijama, i tvore dva čvorišta transkripcijske aktivnosti, različita interakcijska čvorišta, gustoću gena jednog čvorišta, gustoću pojačivača i aktivno stanje epigenetike povezanog s kromatinom razine modifikacije su više. Studija je također otkrila da se visokofrekventne interakcije preko kromosoma događaju između regija više kromosoma obogaćenih tRNA genima. Interakcije visokog reda HiPore-C ne događaju se samo unutar TAD-a i odjeljka, već obuhvaćaju i više odjeljaka, topološki povezanih domena i kromatinskih petlji. Mape interakcija kromatina temeljene na izravnim i neizravnim interakcijama fragmenata DNA općenito su slične konvencionalnim Hi-C mapama, ali vjerojatnije je da će neizravne interakcije fragmenata DNA obuhvatiti višestruke strukturne jedinice. Gore navedene studije otkrivaju univerzalnost postojanja interakcija preko domena kromatina i naglašavaju prednosti i važnost HiPore-C tehnologije u rješavanju trodimenzionalnih interakcija visokog reda na razini jedne molekule.
Raspravljamo o klasterima topologije jedne molekule u topologiji različitih tipova stanica. Ovi strukturni klasteri temelj su za formiranje sub-TAD-sličnih (subTAD-sličnih) domena, s očitom specifičnošću stanice, što ukazuje da je topološka raznolikost jedne molekule temelj podjele TAD domene u staničnoj populaciji i od velike je važnosti za istražiti odnos između prostorne organizacije genoma i ekspresije gena specifične za stanicu. Nadalje, studije su koristile HiPore-C podatke za usporedbu interakcija višeg reda u -globin lokusu u eritroidnim GM12878 stanicama. Otkrili smo da se simultani centri pojačivača-promotora specifični za stanice na više mjesta formiraju između promotora humanog ε- i -globinskog gena i višestrukih pojačivača, te da ova interakcija može biti dinamična. Sposobnost HiPore-C da uhvati i interakciju visokog reda i status metilacije DNA, te pozitivnu korelaciju između signala metilacije DNA i snage interakcije između sidrišta kromatinske petlje, osim toga, tip odjeljka kromatina može se točno razlikovati prema DNK razina metilacije (A nasuprot B). Ova je studija uspostavila HiPore-C tehniku koja može sveobuhvatno opisati raznolikost topologije jedne molekule i otkrila je da je dinamičko savijanje topologije jedne molekule složenije nego što se prije mislilo, što je dodatno poboljšalo spoznaju zakona trodimenzionalnog savijanja genoma .
