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用新型偏振调制超分辨显微系统和生物信息方法来研究CTCF介导的基因组三维结构

用新型偏振调制超分辨显微系统和生物信息方法来研究CTCF介导的基因组三维结构
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  • 批准号:31671383
  • 批准年度: 2016年
  • 学科分类:生物信息学研究新技术与新方法(C060706) |
  • 项目负责人:高军涛
  • 负责人职称:副研究员
  • 依托单位:清华大学
  • 资助金额:62万元
  • 项目类别:面上项目
  • 研究期限:2017年01月01日 至 2020年12月31日
  • 中文关键词: 显微;生物;CTCF;基因组;三维
  • 英文关键词:polarization modularion;dipole orientation;super-resolution;chromatin interaction;Oligopaint

项目摘要

中文摘要

转录阻抑蛋白CTCF沿DNA螺旋滑动时的旋转角,对于理解CTCF是怎么在染色质结构中起作用的很重要。荧光偏振显微镜可用于研究蛋白的偏转,但分辨率低。SPoD偏振调制超分辨显微镜分辨率高,但并未考虑荧光偶极的方向信息。如果先做反卷积和偏振调制得到超分辨图像,后根据荧光强度估计偶极方向,就可以开发新型的基于偶极取向映射(DOM)的超分辨技术。另一方面,ChIA-PET技术可以得到CTCF介导的染色质相互作用,但该实验复杂耗时;而ENCODE数据库中已存在各种细胞系的组蛋白和转录因子的ChIP-seq数据。因此,利用算法和这些数据,可预测各细胞系中由CTCF介导的染色质相互作用,并用Oligopaint等分子影像方法来对预测进行验证。从验证后的相互作用中选择CTCF和特定启动子、增强子和绝缘子的相互作用,用DOM系统在体外和胞内实时观察CTCF的转动,以了解CTCF如何与不同调控元件结合。

英文摘要

When Transcriptional repressor CTCF binds to DNA, it slides along the DNA helix with the rotation angle which is important for understanding how CTCF plays an important role in chromatin structure. Fluorescence polarization microscope can be used to study protein rotation, but with low resolution. Recently emerged SPoD polarization modulation super-resolution microscope offers high speed and high resolution, but without taking fluorescence dipole orientation into account. If deconvolution and polarization modulation can be used to obtain super-resolution image, and dipole direction is then evaluated with fluorescence intensity, a novel super-resolution microscopy called dipole orientation maps (DOM) will be able to be developed. On the other hand, though ChIA-PET can be used to obtain CTCF-mediated chromatin interactions, the experiment is complex and time-consuming. At the same time, ChIP-seq data of histones and transcription factors in various cell lines have been deposited into ENCODE database. It is possible to use algorithms and these data to predict CTCF-mediated chromatin interactions in each cell line, and verify the prediction using molecular imaging method such as Oligopaint. Thereafter from the verified prediction three CTCF-mediated chromatin interactions (with promoter, enhancer, insulator, respectively) can be selected and fluorescently labeled, for the real-time observation of CTCF rotation with DOM system, in order to understand how CTCF combines with different regulatory elements.

评估说明

    国家自然科学基金项目“用新型偏振调制超分辨显微系统和生物信息方法来研究CTCF介导的基因组三维结构”发布于爱科学iikx,并永久归类于相关科学基金导航中,仅供广大科研工作者查询、学习、选题参考。国科金是根据国家发展科学技术的方针、政策和规划,以及科学技术发展方向,面向全国资助基础研究和应用研究,发挥着促进我国基础研究源头创新的作用。国科金的真正价值在于它能否为科学进步和社会发展带来积极的影响。

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