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3D基因組的結(jié)構(gòu)與組成
生命體的遺傳功能元件，包括編碼基因、非編碼基因、順式調(diào)控元件等，在空間結(jié)構(gòu)上，并不是在染色體上呈線性地一字依次排開，而是隨著DNA形成復(fù)雜高級結(jié)構(gòu)的同時，具備了三維組織形式。
如下圖所示，DNA雙鏈像糾纏在一起的電話線一樣，一圈圈地螺旋纏繞，壓縮，最終形成染色質(zhì)。我們可以看到30nm的核纖維經(jīng)過環(huán)形折疊形成染色質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)使得一維層面上相隔比較遠(yuǎn)的DNA區(qū)域反而靠的更近。比如下圖中的ABCD四個點，若以A為參照物，C比B遠(yuǎn)，但由于基因組形成了高級結(jié)構(gòu)，反而把A和C拉得更近。這個示意圖還提示了另外一個問題，即同一條染色體上的某些區(qū)域，可能很難互相接觸，比如B和D之間就，被環(huán)狀結(jié)構(gòu)給隔開了。
DNA這種相對穩(wěn)定的高級結(jié)構(gòu)，是由蛋白質(zhì)來維持的。這些蛋白大多是一些轉(zhuǎn)錄因子、輔助因子等調(diào)控元件，其中CTCF是一個重要的成環(huán)蛋白。除了這些調(diào)控元件外，還有需要一類重要的蛋白去穩(wěn)固這種高級結(jié)構(gòu)，這類重要的蛋白就是黏著蛋白，它由SMC1、SMC3、RAD21和STAG1/2組成，其中SMC1和SMC3頭尾相連組成一個環(huán)形，兩蛋白的尾部是由相互作用的，緊密靠在一起，其頭部游離，RAD21與兩個蛋白的頭部相結(jié)合，STAG1/2蛋白進(jìn)一步加固結(jié)合。黏著蛋白是一個蛋白復(fù)合物，它像戒指一樣固定在環(huán)的開口處，維持環(huán)的穩(wěn)定性，標(biāo)志性的黏著蛋白為RAD21蛋白。
這種環(huán)形結(jié)構(gòu)在體內(nèi)并不是松散排布的。這些環(huán)形的染色質(zhì)折疊讓一些DNA片段彼此靠近并發(fā)生互作，這樣的區(qū)域稱為拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域TAD，TAD是非常長的DNA片段，在其中DNA形成了包含組蛋白、調(diào)節(jié)蛋白和轉(zhuǎn)錄因子的大型三維結(jié)構(gòu)。每個TAD包含一個或多個基因連同其所有的調(diào)控元件。它們的結(jié)構(gòu)在進(jìn)化上是保守的，可能存在于不同的細(xì)胞類型以及各種物種中。一段TAD內(nèi)的調(diào)控元件只能在“它們”的TAD中起作用；相反，在鄰近TAD中的基因不受它們的影響。TADs通過許多邊界元件隔開的，其中CTCF就是一個重要的TAD邊界元件。
