哺乳類組織の単一細胞におけるヌクレオーム構造の多重イメージング

Multiplexed imaging of nucleome architectures in single cells of mammalian tissue.

• Miao Liu
• Yanfang Lu
• Bing Yang
• Yanbo Chen
• Jonathan S D Radda
• Mengwei Hu
• Samuel G Katz
• Siyuan Wang

抄録

ゲノムの三次元構造はゲノム機能に影響を与える。クロマチンループ、ドメイン、コンパートメント、ラミナと核小体の関連領域など、長さの異なる複数のゲノム構造が発見されている。しかし、これらの構造が同じ細胞内でどのように配置されているのか、また、哺乳類組織の異なる細胞タイプでどのように相互に相関しているのかについては、ほとんど知られていません。本研究では、同一細胞内でのクロマチンの折り畳み、多数のRNA種のコピー数、多数のゲノム領域と核ラミナ、ヌクレオール、染色体表面との関連性を測定するMultiplexed Imaging of Nucleome Architecturesを開発した。この方法をマウス胎児肝に適用し、遺伝子発現と関連した細胞型特異的なクロマチン構造と、細胞型に依存しないクロマチン構造の原理を明らかにした。ポリマーシミュレーションの結果、観察されたクロマチン構造を確立するためには、染色体内での自己組織化相互作用と染色体外での相互作用の両方が必要であることが示された。この結果は、クロマチン組織の多面的な構造と物理的な原理を示している。

The three-dimensional architecture of the genome affects genomic functions. Multiple genome architectures at different length scales, including chromatin loops, domains, compartments, and lamina- and nucleolus-associated regions, have been discovered. However, how these structures are arranged in the same cell and how they are mutually correlated in different cell types in mammalian tissue are largely unknown. Here, we develop Multiplexed Imaging of Nucleome Architectures that measures multiscale chromatin folding, copy numbers of numerous RNA species, and associations of numerous genomic regions with nuclear lamina, nucleoli and surface of chromosomes in the same, single cells. We apply this method in mouse fetal liver, and identify de novo cell-type-specific chromatin architectures associated with gene expression, as well as cell-type-independent principles of chromatin organization. Polymer simulation shows that both intra-chromosomal self-associating interactions and extra-chromosomal interactions are necessary to establish the observed organization. Our results illustrate a multi-faceted picture and physical principles of chromatin organization.