供体特异性组装揭示结构变异驱动人类染色质接触反复差异,鉴定1790热点且90%以上为人类特有
Structural variants from donor-specific assemblies affect recurrent chromatin contact divergence in humans
研究者整合354个人类和12个非人类猿类单倍型的单倍型解析Hi-C图谱、匹配组装及长读长转录组,发现使用供体特异性组装可使13.2%顺式Hi-C接触的基因组分离变化超25 kbp,并额外恢复2.8%有效接触对。
三维基因组研究早已确立,拓扑关联结构域为增强子与启动子之间的通讯提供了框架,而非编码结构变异可破坏这种结构域的绝缘性,导致增强子重接与疾病发生 [1]。此后,基于聚合物理的建模能够在疾病位点预测变异诱导的异常折叠和异常接触 [3],患者特异性干细胞研究也在单一位点水平揭示了倒位如何使基因与其增强子解耦 [5];癌症领域的系统分析同样发现结构变异可重排调控接触从而激活癌基因,但仅有少数变异伴随表达改变 [4]。单倍型分辨的染色质互作图谱还提示,单倍型变异与等位特异性互作对染色体构象和基因表达具有差异性影响 [2]。然而,这些认识多来自疾病情境或个别位点,当分析依赖于单一标准参考基因组、且高重复序列使单倍型分辨组装本身就充满缺口和错误连接时,遗传结构变异对三维基因组组织的群体层面贡献一直难以解析 [6]。
这项研究将354个人类单倍型和12个非人猿类单倍型的染色质互作图谱,与相匹配的基因组组装和长读长转录组数据整合,直接评估遗传结构变异对染色质组织的影响。改用供体特异性组装后,顺式Hi-C接触中有13.2%的接触对推断的基因组间距改变超过25 kbp,并额外回收2.8%的有效接触对。更重要的发现是,单倍型间的染色质差异并非弥散分布,而是高度选择性地集中于1,790个反复出现的接触差异热点,仅与一部分结构变异相关;作者共鉴定出2,495个与染色质结构相关的结构变异,它们富集于调控性基因组语境并关联表达变异,且其中90%以上为人类谱系衍生。
相对以往以疾病机制或单一变异为主的路径 [3][5],这项工作把结构变异与三维基因组的关联推进到人群与演化尺度。它表明绝大多数遗传变异并不广泛扰动接触图谱,影响集中在特定热点,这与癌症中仅少数结构变异伴随表达改变的观察相呼应 [4],但本文进一步将这些差异与调控语境、表达变异及人类谱系来源联系起来,提示群体层面调控架构在近期发生过重塑。这一结果也为早期关于单倍型变异影响染色体构象的观察 [2] 提供了大规模、定量化的证据。
当然,结构变异究竟通过何种折叠机制引起表达变化,以及在特定疾病情境下的因果验证,仍是领域反复强调却悬而未决的问题 [1][3];复杂重复区域的高质量单倍型组装挑战也尚未彻底解决 [6]。本文的意义正在于提供一个框架,提示后续研究应将泛基因组的单倍型多样性系统纳入染色质组织分析。
- 1.Chromatin topology in development and disease · Curr Opin Genet Dev 2019
- 2.CTCF-Mediated Human 3D Genome Architecture Reveals Chromatin Topology for Transcription · Cell 2015
- 3.Polymer physics predicts the effects of structural variants on chromatin architecture · Nat Genet 2018
- 4.Structural variants drive context-dependent oncogene activation in cancer · Nature 2022
- 5.Modeling the Pathological Long-Range Regulatory Effects of Human Structural Variation with Patient-Specific hiPSCs · Cell Stem Cell 2019
- 6.TRFill: synergistic use of HiFi and Hi-C sequencing enables accurate assembly of tandem repeats for population-level analysis · Genome Biol 2025
利用泛基因组单倍型组装揭示结构变异重塑染色质接触,鉴定1790反复热点且90%以上为人类谱系特有。
来源:bioRxiv Genomics · biorxiv.org