В клеточной биологии бивалент — это одна пара хромосом (гомологичных хромосом) в тетраде . Тетрада — это ассоциация пары гомологичных хромосом (4 сестринских хроматиды ), физически удерживаемых вместе по крайней мере одним кроссинговером ДНК . Это физическое присоединение обеспечивает выравнивание и сегрегацию гомологичных хромосом в первом мейотическом делении. У большинства организмов каждая реплицированная хромосома (состоящая из двух идентичных сестринских хроматид) вызывает образование двухцепочечных разрывов ДНК во время фазы лептотены. Эти разрывы восстанавливаются гомологичной рекомбинацией , которая использует гомологичную хромосому в качестве шаблона для восстановления. Поиск гомологичной цели, которому помогают многочисленные белки, совместно называемые синаптонемным комплексом , заставляет два гомолога образовывать пары между фазами лептотены и пахитены мейоза I.
Образование бивалента происходит во время первого деления мейоза (на стадии зиготены профазы мейоза 1). У большинства организмов каждая реплицированная хромосома (состоящая из двух идентичных сестринских хроматид [1] [2] ) вызывает образование двухцепочечных разрывов ДНК во время фазы лептотены. [3] Эти разрывы восстанавливаются гомологичной рекомбинацией , которая использует гомологичную хромосому в качестве шаблона для восстановления. Поиск гомологичной цели, которому способствуют многочисленные белки, совместно именуемые синаптонемным комплексом , заставляет два гомолога образовывать пары между фазами лептотены и пахитены мейоза I. [4] Разрешение промежуточного продукта рекомбинации ДНК в кроссовер обменивает сегменты ДНК между двумя гомологичными хромосомами в месте, называемом хиазмой (множественное число: хиазмы) . Этот физический обмен цепями и сцепление между сестринскими хроматидами вдоль каждой хромосомы обеспечивают надежное спаривание гомологов в фазе диплотены. Структура, видимая под микроскопом, называется бивалентом. [5] Разрешение промежуточного продукта рекомбинации ДНК в кроссовер обменивает сегменты ДНК между двумя гомологичными хромосомами в месте, называемом хиазмой (множественное число: хиазмы) . Этот физический обмен цепями и сцепление между сестринскими хроматидами вдоль каждой хромосомы обеспечивают надежное спаривание гомологов в фазе диплотены. Структура, видимая под микроскопом, называется бивалентом. Сложный молекулярный механизм лежит в основе регуляции экспрессии генов в каждой клетке. На начальных стадиях развития организма скоординированная активация различных транскрипционных программ имеет решающее значение и должна быть тщательно выполнена для формирования каждого органа и ткани. Бивалент, промоторы и сбалансированные энхансеры которого являются регуляторными областями, украшенными гистоновыми метками, которые связаны как с положительными, так и с отрицательными результатами транскрипции. Наконец, мы подчеркиваем потенциальную связь между бивалентностью и раком, которая может стимулировать биомедицинские исследования в области этиологии и лечения заболеваний.
Информация одного гена должна быть разной в исполнительном пути в типах клеток для достижения основной программы в этом разнообразии. Хроматин является носителем инструкций, а также ДНК, окруженная гистонами, показывает влияние нуклеосомы, которую мы можем видеть, это базовая единица. Упакованная информация дает информацию для регулирования нуклеосомы физического барьера, они показывают влияние на части ремоделеров хроматина N-концевые части частицы гистона, хвосты гистонов, ковалентные посттрансляционные модификации, а также создает эпигенетику [PCG] и [TRXG], играющую начальную роль, эти мутации, вызванные в группах из-за трансформации в Drosophila, показывают четкую информацию
Бивалент — это ассоциация двух реплицированных гомологичных хромосом, обменявшихся цепями ДНК по крайней мере в одном месте, называемом хиазмами. Каждый бивалент содержит минимум одну хиазму и редко более трех. Это ограниченное число (гораздо меньшее, чем число инициированных разрывов ДНК) обусловлено интерференцией кроссинговера , плохо изученным явлением, которое ограничивает число разрешений событий восстановления в кроссинговер вблизи другого уже существующего результата кроссинговера, тем самым ограничивая общее число кроссинговеров на пару гомологов. [4] Бивалентный ген — это ген, отмеченный как эпигенетической модификацией H3K4me3, так и H3K27me3 в одной и той же области этого типа, и, как предполагается, играет ключевую роль, связанную с плюрипотентностью в эмбриональных стволовых (ЭС) клетках. Бивалентные промоторы, отмеченные как модификациями гистонов H3K27me3, так и H3K4me3, характерны для сбалансированных промоторов в эмбриональных стволовых (ЭС) клетках. Модель сбалансированных промоторов постулирует, что двухвалентный хроматин в ES-клетках разрешается в моновалентность при дифференциации. При наличии данных секвенирования РНК отдельных клеток (scRNA-seq) последующие переключения в транскрипционном состоянии на двухвалентных промоторах могут быть изучены более подробно.
В мейотической метафазе I цитоскелет натягивает биваленты, растягивая каждый гомолог в противоположном направлении (в отличие от митотического деления, где силы прилагаются к каждой хроматиде). Закрепление цитоскелета на хромосомах происходит в центромере благодаря белковому комплексу, называемому кинетохорой . Это натяжение приводит к выравниванию бивалента в центре клетки, причем хиазмы и дистальное сцепление сестринских хроматид являются точкой крепления, поддерживающей силу, приложенную ко всей структуре. Впечатляет, что первичные ооциты женской особи человека остаются в этом напряженном состоянии в течение десятилетий (с момента образования ооцита в метафазе I во время эмбрионального развития до овуляции во взрослом возрасте, которая возобновляет мейотическое деление), что подчеркивает прочность хиазмы и сцепления, которые удерживают биваленты вместе. Транскрипция клеток регулирует гены развития Мы разрабатываем подход для захвата генов, подвергающихся транскрипционному переключению, путем обнаружения «бимодальных» паттернов экспрессии генов из данных scRNA-seq. Мы интегрируем идентификацию бимодальных генов в дифференциации ES-клеток с анализом состояния хроматина и для своего рода затем идентифицируем четкие зависящие от состояния клетки паттерны бимодальных, бивалентных генов. Мы показываем, что бинаризация бимодальных генов может использоваться для идентификации дифференциально экспрессируемых генов из дробных пропорций ВКЛ/ВЫКЛ. В данных временных рядов из дифференцирующихся клеток мы строим псевдовременную аппроксимацию и используем скрытую марковскую модель для вывода псевдовремени переключения активности генов, которое мы используем для вывода регуляторной сети. Мы идентифицируем пути переключения во время дифференциации, новые детали этих путей и координацию факторов транскрипции с нижестоящими мишенями.
Выводы: Гены с уровнями экспрессии, слишком низкими, чтобы быть информативными в обычном анализе scRNA, могут быть использованы для вывода сетей транскрипционного переключения, которые связывают транскрипционную активность с состоянием хроматина. в с анализом состояния хроматина и для своего рода затем идентифицировать четкие зависящие от состояния клетки закономерности бимодальных, бивалентных генов. Мы показываем, что бинаризация бимодальных генов может быть использована для идентификации дифференциально экспрессируемых генов из дробных пропорций ВКЛ/ВЫКЛ. В данных временных рядов из дифференцирующихся клеток мы строим псевдовременную аппроксимацию и используем скрытую марковскую модель для вывода псевдовремени переключения активности генов, которое мы используем для вывода регуляторной сети. Мы идентифицируем пути переключения во время дифференциации, новые детали этих путей и координацию факторов транскрипции с нижестоящими мишенями. Это предлагает новые и продуктивные средства вывода регуляторных сетей из данных scRNA-seq.
Ключевые слова: Бимодальность; Бивалентность; Состояние хроматина; Эмбриональные стволовые клетки; Сеть регуляции генома; Скрытая марковская модель; Псевдовремя; scRNA-seq.
Бланко Э., Гонсалес Рамирес М., Алькайне-Колет, А., Аранда двухвалентный геном; структура характеристик тенденций в генетике
. Томсон Дж. А., Ицковиц-Элдор Дж., Шапиро СС. и др.
. Сантос-Роза Х., Шнайдер Р., Бернштейн Б.Е. и др. Метилирование гистона H3 K4
. Рингроуз Л, Эхрет Х, Паро Р. Окружной вклад гистонов Н3 лизин 9 и 27