染色体塗装

8染色体領域

核全体に分散しているのではなく、各染色体は染色体領域と呼ばれる別個の体積を占めています。 これは、核内の個々の染色体の可視化を可能にするために、ゲノムが多数の染色体特異的プローブにハイブリダイズされるfishベースの技術である染色体画 染色体の半径方向の位置は、その組成によって強く影響される—遺伝子が豊富な染色体は、より頻繁に内部に向かって配置されている間、遺伝子が乏しい染色体は、核周辺に近い位置を占める傾向があります。 この傾向は、サイズが非常に類似しているが、配列組成が非常に異なるヒト染色体18および19によって示されている：染色体18は遺伝子不良であるが、19は遺伝子が豊富である。 Bickmoreの研究室では、染色体領域FISHを使用して核内の2つの染色体の位置を調査し、リンパ芽球様細胞株および線維芽細胞株の両方において、18番染色体が19番染色体よりも一貫して核周辺に近い位置にあることを発見しました。 核内の染色体の半径方向の位置も組織特異的であり、より密接に関連する細胞型がより類似した染色体の位置を示すことが分かった。 ヒトゲノムはまた、リボソームRNAの転写および処理の部位である核小体の周りにクラスター化された13、14、15、21、および22番染色体を含むrDNA配列を含む五つの先動体染色体を含む。

染色体ポジショニングの放射状のルールは、染色体内の遺伝子が豊富なセグメントと遺伝子が不足しているセグメントを交互に配置することにも影響します。この場合、遺伝子が豊富なセグメントはより中央に位置し、遺伝子が不足している領域は周辺に近い領域を占有します。 さらに、染色体領域内では、転写不活性セグメントは内部に位置し、転写活性セグメントは領域の表面にある。 この配置は、転写機構およびSC-35病巣のようなmRNA代謝因子が豊富なドメインへの転写活性領域の準備ができてアクセスを可能にする。 しかし、染色体領域の微細な構造は、それらを形作るクロマチン構造の知識の欠如を反映して、まだ不明である。

ゲノム安定性の観点から、染色体位置決めパターンの重要な結果は、ヒト集団内で最も頻繁に見られる染色体異常である転座に関連しています。 核内の二つの染色体の物理的な近接性は、それらの間に起こる転座の確率に影響を与えることが十分に確立されている（図。 23.3).

図23.3. 核内の染色体の好ましい位置は転座頻度に影響する。

核内で同じ好ましい径方向位置を持つ染色体（例えば、17番染色体および19番染色体）は、径方向位置が異なる染色体（例えば、17番染色体および18番染色体）よりも転座に関与する可能性が高い。

ヒト集団における異なる非病原性転座の頻度と核内の染色体の好ましい放射状位置との間の分析は、同様の核位置を有する染色体が偶然に予想よりも頻繁に転座を形成することを見出した。 別の研究では、慢性骨髄性白血病における”フィラデルフィア”染色体を形成するよく特徴付けられたt（9;22）転座に関与するBCRとABL遺伝子座の間の近 Bcr遺伝子座とABL遺伝子座は造血前駆細胞よりもBリンパ球の方が近いことを示し、核組織の細胞型特異的な側面が特定の転座と特定の癌型との関連に寄与している可能性が示唆された。 2013年、Misteli labは、エレガントなシステムにおける二本鎖切断とその後の転座形成のダイナミクスを探る研究を発表しました：Nih3T3Duo細胞は、LacOアレイに隣接するいくつかのサイトとTetOアレイに隣接する他のサイトで、異なる染色体上に統合されたSceI制限酵素サイトの数が少ないことをエンコードします。 SceI酵素によるブレーク誘導時には、蛍光標識Lac（LacR）とTet（TetR）-リプレッサータンパク質によってマークされたブレークを追跡することが可能であった; 転座形成はＬａｃｒとＴｅｔｒシグナルの長期的で安定な共局在化によって示された。 著者らは、ほとんどの転座が、二本鎖切断の近位位置への移動の結果ではなく、切断誘導の前に密接に位置する遺伝子座（接触第一モデル）によって形成されることを実証することができた（切断第一モデル）。

染色体領域の分析のための方法を超えて、二つの主要な相補的な方法は、高次ドメイン構造のレベルでゲノムの3D組織を研究するために使用され: 魚ベースの方法と染色体確認キャプチャ方法。 FISHは、蛍光標識されたプローブのハイブリダイゼーションに依存して、個々の遺伝子座、ゲノムの定義された部分または染色体全体を視覚化する。 これは、単一セルレベルで核構造のスナップショットを提供しますが、欠点は、それが時間がかかり、低解像度で情報の限られた量を提供することで クロマチンコンフォメーションキャプチャ（3C）技術は、核内の相互作用を架橋することによって核構造を”凍結”し、架橋によって近接して保持されたDNA断片を連結し、続いてPCRまたは次世代シーケンシングを行い、接触を示すハイブリッドDNA断片を同定することに依存している。 最も洗練された最終的には、これらの技術は理論的にはゲノム全体のすべての可能な相互作用を識別することができますが、欠点もあります。 魚とは異なり、3C技術は、単一の細胞レベルではなく、細胞の集団で動作し、単一の細胞レベルでの異なる接触配置の数を反映し得る集団平均を生 注意点にもかかわらず、3C方法論は3Dゲノム組織の分野で非常に影響力があり、トポロジカルに関連するドメイン（TADs）の概念に貢献しています。 TADsは、コンタクトマップが相互作用の増加を示す≥900kbの領域として定義されます; FISHベースの研究では、TAD内に位置するプローブは、同じTAD内に位置するのではなく、同様の”線形”ゲノム距離によって分離されたプローブよりも物理的に近 ヒトゲノム全体は約2000TADsに分割されており、ヒストンマークの分布や複製タイミングなどの他のゲノム機能（後述）とも重複している。 しかし、それらは細胞型特異的ではなく、それらがどのレベルの構造組織を反映し、その機能的重要性が議論されているのかという問題はまだ議論されていない。 興味深いことに、染色体領域で見られる転座頻度パターンは、組織のTADレベルにもトレースすることができます—B細胞で行われた研究では、二つの遺伝子座間の転座の可能性が強く、染色体確認キャプチャ生成された接触マップによって定義されるように、それらの間の接触頻度に関連していることがわかりました。