心血管系统三维染色质结构：技术方法、机制解析与治疗前景

《Cardiovascular Research》：From 3D to 4D: spatiotemporal genome architecture and functional genomics in cardiovascular disease

　　

摘要

人类基因组在细胞核内具有高度有序的结构，并且这种结构会在生理状态和疾病状态下发生改变。得益于用于绘制三维染色质结构的快速发展的技术， recent research 已开始揭示心血管系统中三维染色质结构的变化及其对基因调控的影响。本文总结了三维染色质结构的层次化折叠特征，并探讨了基于测序和成像的染色质组织绘图方法，包括新兴的单细胞分析和多模态分析技术，这些技术将静态的三维染色质图谱扩展到了时空维度（即四维核组）。我们重点说明了遗传变异、结构变异、机械力、代谢炎症压力以及核膜-基因组相互作用如何改变心脏发育、衰老过程和心血管疾病中的染色质拓扑结构。通过心血管疾病的典型案例，展示了增强子-启动子间的通信异常、染色质隔离程度以及核内定位的变化如何导致致病性的基因调控异常。最后，我们讨论了三维基因组学在治疗上的潜力，并认为短期内心血管领域三维基因组学的主要应用价值在于改进疾病相关基因的鉴定和治疗靶点的筛选；而直接操控染色质结构虽然具有巨大潜力，但在技术层面仍面临诸多挑战。