减数分裂同源重组时期染色质三维空间结构的高分辨研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31671490
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0709.细胞外微环境与细胞间通讯
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The successful analyses of three-dimensional spatial chromatin structures in nuclei of multiple species revealed that high order chromatin organization is closely related with many key biological processes such as transcription regulation, mitosis, cellular senescence, etc. Homologous recombination during meiotic prophase is highly conserved and is of great significance for genetic diversity of gametes and progeny’s adaptability. However, the three-dimensional spatial chromatin structure during meiotic homologous recombination phase still remains as a mystery. The applicant’s group has successfully isolated pachytene spermatocytes of Mus musculus and crescent micronuclei of Tetrahymena thermophila, and also obtained genome-wide chromatin interaction map of crescent micronuclei of Tetrahymena thermophila through Hi-C, the genome-wide chromatin conformation capture method. Based on these preliminary data, the application will use these two model systems which are evolutionary far apart but both are during homologous recombination phases, to analysis three-dimensional spatial chromatin structure of meiotic homologous recombination phase of both mammal and protozoan, utilizing indirect method - (Hi-C) for capturing chromatin spatial conformation and direct method - super resolution imaging (STORM) for observing three-dimensional spatial chromatin structure, and the active or repressive epigenetic states of chromatin, in high resolution. We are also going to study the conservation and diversity of the three-dimensional spatial chromatin structure from evolutionary viewpoint. Our project is of great significance for understanding the molecular mechanism of meiotic homologous recombination, and may also provide new strategy into intervention of meiosis related diseases.
多个物种染色质三维空间结构的成功解析揭示其与转录调控、有丝分裂、细胞衰老等生物学过程密切相关。减数分裂前期同源重组过程高度保守且对遗传多样性意义重大,但此时期的染色质三维结构亟待解析。申请人已成功分离处于减数分裂同源重组时期的小鼠粗线期精母细胞和嗜热四膜虫新月期小核,并已通过高通量染色质构象捕获技术(Hi-C)获得后者的全基因组染色质相互作用图谱。在此基础上,本申请拟以两种进化上较远却又同时处于减数分裂同源重组时期的模型—哺乳动物小鼠粗线期精母细胞和原生动物嗜热四膜虫新月期小核为研究对象,利用Hi-C间接检测三维染色质构象和利用超高分辨率显微成像技术(STORM)直接观察染色质三维结构相结合,深度解析减数分裂同源重组时期染色质三维空间结构和活化/抑制等染色质表观遗传状态,从进化上研究其保守性和多样性。本项目对理解减数分裂同源重组时期的分子机制意义重大,并可为干预减数分裂相关疾病提供新策略。

结项摘要

减数分裂前期同源重组过程高度保守且对遗传多样性意义重大,但此时期的染色质三维结构亟待解析。我们通过Hi-C等技术对小鼠精子发生过程中处于减数分裂阶段的粗线期精母细胞(pacSC)以及减数分裂前后其他的几种精子细胞进行了染色质高级结构的解析。我们也通过 HiChIP 技术对处于减数分裂过程中的嗜热四膜虫小核的染色质高级结构进行了分析。结果表明小鼠的粗线期精母细胞中基本不存在哺乳动物分裂间期细胞中典型的染色质高级结构TADs 和 loops,另一典型结构 A/B compartments 仍然存在,但强度也有所减弱。结合ChIP-seq, ATAC-seq 以及 RNA-seq 等数据,我们发现TADs 和 loops 在粗线期的丢失不依赖于 CTCF 或 cohesin 在染色体上结合状态的改变,提示粗线期细胞中存在非 TADs和loops 依赖的基因转录调控机制。对嗜热四膜虫减数分裂小核染色质高级结构的研究发现其新月期小核中存在染色体内以及染色体间的‘X’型染色质相互作用,提示其在减数分裂过程中亦发生了类似小鼠中TADs结构丢失的过程。此外,利用超高分辨率显微镜STORM,我们对小鼠减数分裂粗线期的精细胞进行了免疫荧光染色及成像。目前我们获得了转录活化(H3K4me3)及转录抑制(H3K9me3)的染色质标记以及SYCP3(用来标记粗线期染色体)的超高分辨率的空间定位图像,其他的染色质标记物还在进行中。本项目利用Hi-C间接检测三维染色质构象和利用超高分辨率显微成像技术(STORM)直接观察染色质三维结构相结合,深度解析减数分裂同源重组时期染色质三维空间结构和活化/抑制等染色质表观遗传状态,从进化上研究其保守性和多样性,对理解减数分裂同源重组时期的分子机制意义重大,并可为干预减数分裂相关疾病提供新策略。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Rearrangement of macronucleus chromosomes correspond to TAD-like structures of micronucleus chromosomes in Tetrahymena thermophila
嗜热四膜虫大核染色体的重排对应于微核染色体的 TAD 样结构
  • DOI:
    10.1101/gr.241687.118
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Genome Research
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Luo Z;Hu T;Jiang H;Wang R;Xu Q;Zhang S;Cao J;Song X
  • 通讯作者:
    Song X
Reorganized 3D Genome Structures Support Transcriptional Regulation in Mouse Spermatogenesis
重组的 3D 基因组结构支持小鼠精子发生的转录调控
  • DOI:
    10.1016/j.isci.2020.101034
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ISCIENCE
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Luo Z.;Wang X.;Jiang H.;Wang Ru.;Chen J.;Chen Yu.;Xu Q.;Cao J.;Gong X.;Wu J.;Yang Y.;Li W.;Han C.;Cheng C. Y.;Rosenfeld M. G.;Sun F.;Song X.
  • 通讯作者:
    Song X.
The Sperm Proteome of the Oyster Crassostrea hongkongensis
香港牡蛎精子蛋白质组
  • DOI:
    10.1002/pmic.202000167
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Proteomics
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Mu H.;Ke S.;Zhang D.;Zhang Y.;Song X.;Yu Z.;Zhang Y.;Qiu J. W.
  • 通讯作者:
    Qiu J. W.

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其他文献

长链非编码RNA与脑衰老的研究进展
  • DOI:
    10.13376/j.cbls/2016078
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    生命科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王斐;宋晓元
  • 通讯作者:
    宋晓元

其他文献

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宋晓元的其他基金

基于单细胞染色质多组学技术研究三维基因组空间构象在精子发生障碍中的作用和分子机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
脑衰老过程中长链非编码RNA对学习记忆相关基因的调控功能及机制
  • 批准号:
    91540107
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    85.0 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划
原生动物嗜热四膜虫新月小核的三维空间转录调控分子机制
  • 批准号:
    31472059
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    88.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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