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三维基因组
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<div style="padding: 0 4%; line-height: 1.8; color: #1e293b; font-family: 'Helvetica Neue', Helvetica, 'PingFang SC', Arial, sans-serif; background-color: #ffffff; max-width: 1200px; margin: auto;"> <div style="margin-bottom: 30px; border-bottom: 1.2px solid #e2e8f0; padding-bottom: 25px;"> <p style="font-size: 1.1em; margin: 10px 0; color: #334155; text-align: justify;"> <strong>三维基因组</strong>(Three-Dimensional Genomics / 3D Genome)是研究真核生物细胞核内全基因组 DNA 空间折叠结构及其调控功能的学科。人类基因组 DNA 拉直后长达 2 米,却能折叠容纳在直径仅 10 微米的细胞核中。这种折叠并非杂乱无章,而是遵循着严格的层级规律(从染色体疆域到<strong>[[TAD]]</strong>再到染色质环)。三维基因组学揭示了“远距离调控”的物理基础:位于线刑序列上相距甚远的<strong>[[增强子]]</strong>和<strong>[[启动子]]</strong>,通过空间折叠在三维空间中“见面”,从而启动基因表达。该领域的突破主要得益于 <strong>[[Hi-C]]</strong> 等染色体构象捕获技术的发明。 </p> </div> <div class="medical-infobox mw-collapsible mw-collapsed" style="width: 100%; max-width: 320px; margin: 0 auto 35px auto; border: 1.2px solid #bae6fd; border-radius: 12px; background-color: #ffffff; box-shadow: 0 8px 20px rgba(0,0,0,0.05); overflow: hidden;"> <div style="padding: 15px; color: #1e40af; background: linear-gradient(135deg, #e0f2fe 0%, #bae6fd 100%); text-align: center; cursor: pointer;"> <div style="font-size: 1.2em; font-weight: bold; letter-spacing: 1.2px;">三维基因组</div> <div style="font-size: 0.7em; opacity: 0.85; margin-top: 4px; white-space: nowrap;">3D Genome / 3D Genomics (点击展开)</div> </div> <div class="mw-collapsible-content"> <div style="padding: 25px; text-align: center; background-color: #f8fafc;"> <div style="display: inline-block; background: #ffffff; border: 1px solid #e2e8f0; border-radius: 12px; padding: 20px; box-shadow: 0 4px 10px rgba(0,0,0,0.04);"> <div style="font-size: 0.8em; color: #64748b; margin-top: 12px; font-weight: 600;">Hi-C 热图:揭示TAD结构</div> </div> </div> <table style="width: 100%; border-spacing: 0; border-collapse: collapse; font-size: 0.85em;"> <tr> <th style="text-align: left; padding: 6px 12px; background-color: #f1f5f9; color: #475569; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; width: 40%;">核心技术</th> <td style="padding: 6px 12px; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; color: #0f172a;">[[Hi-C]], [[3C技术]]</td> </tr> <tr> <th style="text-align: left; padding: 6px 12px; background-color: #f1f5f9; color: #475569; border-bottom: 1px solid #e2e8f0;">结构单元</th> <td style="padding: 6px 12px; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; color: #1e40af;">[[TAD]] (拓扑关联域)</td> </tr> <tr> <th style="text-align: left; padding: 6px 12px; background-color: #f1f5f9; color: #475569; border-bottom: 1px solid #e2e8f0;">关键蛋白</th> <td style="padding: 6px 12px; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; color: #0f172a;">[[CTCF]], [[Cohesin]]</td> </tr> <tr> <th style="text-align: left; padding: 6px 12px; background-color: #f1f5f9; color: #475569; border-bottom: 1px solid #e2e8f0;">宏观分区</th> <td style="padding: 6px 12px; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; color: #0f172a;">A/B Compartments</td> </tr> <tr> <th style="text-align: left; padding: 6px 12px; background-color: #f1f5f9; color: #475569; border-bottom: 1px solid #e2e8f0;">先驱科学家</th> <td style="padding: 6px 12px; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; color: #1e40af;">Job Dekker, Erez Lieberman Aiden</td> </tr> <tr> <th style="text-align: left; padding: 6px 12px; background-color: #f1f5f9; color: #475569;">功能意义</th> <td style="padding: 6px 12px; color: #b91c1c;">长程调控 (Long-range Regulation)</td> </tr> </table> </div> </div> <h2 style="background: #f1f5f9; color: #0f172a; padding: 10px 18px; border-radius: 0 6px 6px 0; font-size: 1.25em; margin-top: 40px; border-left: 6px solid #0f172a; font-weight: bold;">层级结构:细胞核内的“折叠艺术”</h2> <p style="margin: 15px 0; text-align: justify;"> 三维基因组并不是一团乱麻,而是像俄罗斯套娃一样,具有精细的四级层级结构: </p> <div style="overflow-x: auto; margin: 30px auto; max-width: 100%;"> <table style="width: 100%; border-collapse: collapse; border: 1.2px solid #cbd5e1; font-size: 0.9em; text-align: left;"> <tr style="background-color: #f1f5f9; border-bottom: 2px solid #0f172a;"> <th style="padding: 12px; border: 1px solid #cbd5e1; color: #0f172a; width: 25%;">层级 (Scale)</th> <th style="padding: 12px; border: 1px solid #cbd5e1; color: #475569;">结构名称</th> <th style="padding: 12px; border: 1px solid #cbd5e1; color: #1e40af;">特征描述</th> </tr> <tr> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1; font-weight: 600; background-color: #ffffff;">Level 1<br>(最大尺度)</td> <td style="padding: 8px; border: 1px solid #cbd5e1;"><strong>染色体疆域</strong><br>(Chromosome Territories)</td> <td style="padding: 8px; border: 1px solid #cbd5e1;">每条染色体在细胞核内都有自己专属的“领地”,互不交织。</td> </tr> <tr> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1; font-weight: 600; background-color: #f8fafc;">Level 2<br>(功能分区)</td> <td style="padding: 8px; border: 1px solid #cbd5e1;"><strong>A/B 区室</strong><br>(Compartments)</td> <td style="padding: 8px; border: 1px solid #cbd5e1;"> • <strong>A 区室:</strong> 位于核中央,富含基因,转录活跃([[常染色质]])。<br> • <strong>B 区室:</strong> 位于核边缘,基因贫乏,转录抑制([[异染色质]])。 </td> </tr> <tr> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1; font-weight: 600; background-color: #ffffff;">Level 3<br>(基本单元)</td> <td style="padding: 8px; border: 1px solid #cbd5e1;"><strong>[[TAD]]</strong><br>(拓扑关联结构域)</td> <td style="padding: 8px; border: 1px solid #cbd5e1;">大小约 1Mb。是调控的“独立社区”。社区内的 DNA 频繁互动,但很少与社区外的 DNA 互动。边界通常由 <strong>[[CTCF]]</strong> 绝缘子界定。</td> </tr> <tr> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1; font-weight: 600; background-color: #f8fafc;">Level 4<br>(精细调控)</td> <td style="padding: 8px; border: 1px solid #cbd5e1;"><strong>染色质环</strong><br>(Chromatin Loops)</td> <td style="padding: 8px; border: 1px solid #cbd5e1;">TAD 内部形成的环状结构,将<strong>[[增强子]]</strong>直接拉到<strong>[[启动子]]</strong>面前,启动基因转录。</td> </tr> </table> </div> <h2 style="background: #f1f5f9; color: #0f172a; padding: 10px 18px; border-radius: 0 6px 6px 0; font-size: 1.25em; margin-top: 40px; border-left: 6px solid #0f172a; font-weight: bold;">技术革命:Hi-C 技术</h2> <div style="margin-bottom: 25px; border: 1px solid #e2e8f0; border-radius: 8px; padding: 20px; background-color: #f8fafc;"> <h3 style="margin-top: 0; color: #1e40af; font-size: 1.1em; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; padding-bottom: 10px;">原理:邻近连接 (Proximity Ligation)</h3> <p style="text-align: justify; color: #334155;"> 我们如何知道两个 DNA 片段在空间上挨得近?核心逻辑是“甲醛交联”。 <br>1. <strong>固定:</strong> 用甲醛将细胞核内空间上靠近的 DNA 片段“粘”在一起(即使它们在线性序列上相距很远)。 <br>2. <strong>酶切与连接:</strong> 切断 DNA,然后用生物素标记末端,并将物理上连接在一起的片段重新连接起来。 <br>3. <strong>测序:</strong> 测序这些“嵌合”片段。如果片段 A 和片段 B 经常被测到连在一起,说明它们在三维空间中是邻居。 </p> </div> <div style="margin-bottom: 25px; border: 1px solid #e2e8f0; border-radius: 8px; padding: 20px; background-color: #ffffff;"> <h3 style="margin-top: 0; color: #b91c1c; font-size: 1.1em; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; padding-bottom: 10px;">为什么重要?</h3> <p style="text-align: justify; color: #334155;"> 在 1D 基因组时代,我们发现了大量的 GWAS 变异位点位于非编码区(“垃圾 DNA”)。 <br>在 3D 基因组时代,我们发现这些变异往往位于<strong>远端增强子</strong>上。通过 Hi-C 图谱,我们可以追踪到这些增强子究竟在空间上接触了哪个靶基因,从而完美解释疾病机理。 </p> </div> <div style="margin: 30px 0; background-color: #ecfdf5; border: 1px solid #10b981; border-radius: 8px; padding: 20px;"> <h4 style="margin-top: 0; color: #047857; font-size: 1.1em;">🧬 疾病模型:TAD 边界破坏</h4> <p style="text-align: justify; color: #064e3b;"> TAD 就像基因组的“防火墙”。如果 TAD 边界(绝缘子)发生缺失或突变: <br><strong>后果:</strong> 原本被隔离在外部的强增强子会“入侵”内部,错误地激活致癌基因。 <br><strong>实例:</strong> 在肢体发育畸形(如多指症)中,TAD 边界的破坏导致 <em>EPHA4</em> 的增强子错误地激活了 <em>WNT6</em> 基因。 </p> </div> <div style="font-size: 0.92em; line-height: 1.6; color: #1e293b; margin-top: 50px; border-top: 2px solid #0f172a; padding: 15px 25px; background-color: #f8fafc; border-radius: 0 0 10px 10px;"> <span style="color: #0f172a; font-weight: bold; font-size: 1.05em; display: inline-block; margin-bottom: 15px;">学术参考文献</span> <p style="margin: 12px 0; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; padding-bottom: 10px;"> [1] <strong>Lieberman-Aiden E, et al. (2009).</strong> <em>Comprehensive mapping of long-range interactions reveals folding principles of the human genome.</em> <strong>[[Science]]</strong>. 2009;326(5950):289-293.<br> <span style="color: #475569;">[Hi-C发明]:发明了 Hi-C 技术,首次绘制了全基因组 3D 图谱,并提出了 A/B 区室的概念。</span> </p> <p style="margin: 12px 0; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; padding-bottom: 10px;"> [2] <strong>Dixon JR, et al. (2012).</strong> <em>Topological domains in mammalian genomes identified by analysis of chromatin interactions.</em> <strong>[[Nature]]</strong>. 2012;485(7398):376-380.<br> <span style="color: #475569;">[发现TAD]:首次定义了“拓扑关联结构域” (TAD) 这一基因组折叠的基本单元。</span> </p> <p style="margin: 12px 0; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; padding-bottom: 10px;"> [3] <strong>Rao SS, et al. (2014).</strong> <em>A 3D map of the human genome at kilobase resolution reveals principles of chromatin looping.</em> <strong>[[Cell]]</strong>. 2014;159(7):1665-1680.<br> <span style="color: #475569;">[高分辨率]:通过原位 Hi-C 技术,将分辨率提高到 1kb,清晰展示了 CTCF/Cohesin 介导的环挤出机制。</span> </p> </div> <div style="margin: 40px 0; border: 1px solid #e2e8f0; border-radius: 8px; overflow: hidden; font-family: 'Helvetica Neue', Arial, sans-serif; font-size: 0.9em;"> <div style="background-color: #eff6ff; color: #1e40af; padding: 8px 15px; font-weight: bold; text-align: center; border-bottom: 1px solid #dbeafe;"> 三维基因组 (3D Genomics) · 知识图谱 </div> <table style="width: 100%; border-collapse: collapse; background-color: #ffffff;"> <tr style="border-bottom: 1px solid #f1f5f9;"> <td style="width: 85px; background-color: #f8fafc; color: #334155; font-weight: 600; padding: 10px 12px; text-align: right; vertical-align: middle; white-space: nowrap;">上级学科</td> <td style="padding: 10px 15px; color: #334155;">[[表观遗传学]] • [[基因组学]] • [[细胞生物学]]</td> </tr> <tr style="border-bottom: 1px solid #f1f5f9;"> <td style="width: 85px; background-color: #f8fafc; color: #334155; font-weight: 600; padding: 10px 12px; text-align: right; vertical-align: middle; white-space: nowrap;">关键技术</td> <td style="padding: 10px 15px; color: #334155;">[[Hi-C]] • [[3C]] • [[ChIA-PET]] • [[FISH]] (成像验证)</td> </tr> <tr style="border-bottom: 1px solid #f1f5f9;"> <td style="width: 85px; background-color: #f8fafc; color: #334155; font-weight: 600; padding: 10px 12px; text-align: right; vertical-align: middle; white-space: nowrap;">调控模型</td> <td style="padding: 10px 15px; color: #334155;">环挤出 (Loop Extrusion) • 相分离 (Phase Separation)</td> </tr> <tr> <td style="width: 85px; background-color: #f8fafc; color: #334155; font-weight: 600; padding: 10px 12px; text-align: right; vertical-align: middle; white-space: nowrap;">核心逻辑</td> <td style="padding: 10px 15px; color: #334155;">Structure determines Function (结构决定功能)</td> </tr> </table> </div> </div>
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