华中农大构建首个多物种中特异性蛋白介导的染色质环综合数据库ChromLoops

染色质环（或染色质相互作用）是染色质结构的重要组成元素（图1）。染色质环的破坏与癌症、多指畸形等多种疾病有关。目前，ChIA-PET、HiChIP和PLAC-Seq等技术可用于检测特异性蛋白质介导的高分辨率染色质环。近年随着3D基因组研究的快速进展，ChIA-PET、HiChIP和PLAC-Seq的数据集不断积累，亟需对这些数据集进行有效的收集和处理。

图1. 染色质环（Chromatin loops）结构

近日，华中农大信息学院三维基因组学李国亮教授团队开发了一个全面、多物种的特异性蛋白介导的染色质环数据库（ChromLoops [1]，https://3dgenomics.hzau.edu.cn/chromloops)并发表在国际期刊Nucleic Acids Research。ChromLoops数据库整合了来自13个物种的1030套ChIA-PET、HiChIP和PLAC-Seq数据集，并包含了1,491,416,813个高质量染色质环分析结果（图2）。

图2. ChromLoops数据库中包含的物种

ChromLoops数据库集成了多种搜索、分析、可视化和下载功能。更重要的是，研究团队针对染色质环anchor基因和区域进行了丰富的功能注释，包括调控元件（增强子、超级增强子和沉默子）、变异（SNP和QTLs）、转录因子、可变剪切、TWAS、染色质开放性、DNA甲基化和基因表达等（图3）。

图3. ChromLoops数据库信息及构建

研究团队还进行了高频染色质相互作用基因分析，并在ChromLoops数据库中提供了不同物种中的高频染色质交互基因，以及特定类型和所有类型癌症中的高频染色质交互基因。这些分析结果将有助于探究与癌症相关的特异性远距离染色质相互作用特征，为癌症关键基因的调控提供新的理论依据（图4）。

图4. 癌症高频交互基因在染色体上的分布

ChromLoops数据库中所包含的基因组浏览器是基于WashU Epigenome Browser构建。已知MYC是目前研究最广泛的致癌基因之一，与多种不同癌症类型的形成、维持和进展有关。研究者以MYC基因为例介绍和展示浏览器的应用，显示了MYC基因在人类宫颈癌HeLa细胞和白血病K562细胞中的染色质相互作用以及相应区域增强子、沉默子和SNP的信息（图5）。可看到，MYC基因在HeLa细胞中与CCAT1存在显著交互，K562细胞中与PVT1存在显著交互，这与已有研究结果相一致。

图5. MYC基因在Hela和K562细胞系中的交互

研究人员表示，ChromLoops是一个全面且综合的染色质环数据库，可以为领域内研究者提供三维基因组远程交互的参考，有助于与细胞功能和疾病相关的3D基因组功能、远程染色质相互作用调控和基因转录调控等多方面的研究。

该项工作由华中农业大学信息学院完成。华中农业大学信息学院 李国亮教授为论文通讯作者。华中农业大学 周强伟博士为第一作者。 成盛、郑姗姗、王振吉、管鹏鹏、朱志贤、黄星宇以及周聪帮助完成了数据库的建立。该研究数据分析工作得到华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室生物信息计算平台支持和帮助，得到国家重点研发计划，国家自然科学基金等项目资助。

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数据库链接：

https://3dgenomics.hzau.edu.cn/chromloops