T细胞受体(T cell receptor, TCR)的高度多样性是其识别抗原的基础，在适应性免疫中发挥重要作用。TCR多样性来自胸腺T细胞发育过程中的V(D)J重排。在4个TCR基因中， Tcra和 Tcrd基因位于同一个基因座，共用特定的V基因，因此其重排和调节具有一定的特殊性。抗原受体基因的调控研究主要集中于顺式和反式调控作用。然而，近期的研究表明染色质空间组织在抗原受体基因重排中发挥重要功能。其中染色质组织蛋白质CTCF-Cohesin通过环挤出方式影响重排的效率和TCR组库多样性，而重组酶RAG也可以扫描染色质。本综述描述 Tcra和 Tcrd基因的重排及其调节机制研究的新进展，特别是染色质空间组织对重排的影响。

目的:研究1个骨硬化症家系的临床特点和致病基因。方法:对1个来自江苏省家系中的6例患者和6名健康家庭成员进行生化指标、骨代谢指标、骨密度检测，并摄胸腰椎正侧位片、颅骨正侧位片、骨盆平片，同时对致病基因低密度脂蛋白受体相关蛋白5(low-density lipoprotein receptor-related protein 5, LRP5)进行Sanger测序，通过SWISS-MODEL网站预测分析LRP5蛋白构象的变化。结果:4例成年患者(1例男性和3例女性)身材高大，均出现下颌骨增大，并且在下颚中央可见腭隆凸。4例患者均未发生过骨折。头颅、下颌骨和骨盆摄片可见颅板增厚，蝶鞍扩大，下颌骨增大和长骨骨皮质增厚。所有患者腰椎、股骨颈以及总髋部的骨密度绝对值相对于同年龄同性别人群均显著增高，不同部位的Z值分别为腰椎2～4 (6.31±4.03) SD、股骨颈(6.56±2.36) SD、总髋部(7.19±2.03) SD。基因测序结果表明，6例患者均携带LRP5基因2号外显子p.Asp111Tyr(c.331G>T; D111Y)的杂合突变，而其他家庭成员均为野生型(c.331G>G; D111D)。突变蛋白构象预测结果显示，此突变位于LRP5基因2号外显子的氨基末端，即LRP5蛋白的第一个β螺旋发生区域。结论:LRP5基因的D111Y突变导致了以良性骨密度增加为特征的临床表型，不增加骨折风险。此突变可能通过改变LRP5蛋白的空间结构激活下游的Wnt信号通路，从而促进成骨细胞的分化与成熟，导致骨硬化症的发生。

单细胞基因组检测是指利用全基因组扩增(whole genome amplification,WGA)方法对单细胞水平的 DNA进行扩增与检测的一系列技术手段.随着基因组学和生物医学的快速发展,这类检测技术在生命科学研究和精准医学方面发挥着越来越重要的作用,有助于提高对单细胞内基因组变异、修饰、染色质空间构象等生物学变化与功能的理解.本文对单细胞全基因组扩增方法、检测方法、在辅助生殖领域的临床应用和前景进行了综述,比较了不同方法的优缺点及其在实际应用中的表现.

基因组DNA在细胞核中并不是呈线性的一字排列,而是以三维结构高度折叠并浓缩成染色质的方式储存于核内,具有特定的高级空间结构和构象.高通量染色体构象捕获(high-througnput chromosome conformation capture,Hi-C)技术于2009年首次被提出,目前已得到大规模运用,使得人们对于三维基因组学有了更深刻的认识.研究表明,哺乳动物基因组三维层级结构单元由大到小依次为染色体疆域(chromosome territory,CT)、染色质区室(chromatin compartment A/B)、拓扑关联结构域(topological associated domain,TAD)和染色质环(chromatin loop),这些层级结构单元在基因转录和表达调控过程中发挥着重要作用.本文基于Hi-C技术从染色质的三维层级结构划分、构象单元作用以及三维基因组在发育、疾病等方面的应用进行阐述,旨在为更深入地了解哺乳动物三维基因组学研究提供参考.

近20年来,研究者们通过大规模DNA测序,在基因组、转录组和表观基因组方面获得了大量的信息,这些信息为人类基因组中的功能元件和相互作用机制等研究提供了许多详细的视图.但明确2m长的DNA如何组装在10 μm左右的细胞核中仍是一个挑战性的工作.人们着眼于多角度探究染色质在狭窄空间里的精准调控表达,因此,三维基因组研究也越来越受到关注,与此相关的技术也在不断发展中.主要介绍以核邻位连接为基础的染色质构象捕获技术(3C)及其衍生技术,如4C、5C、Hi-C及其衍生技术、ChIA-PET、原位Hi-C,以及DLO Hi-C等,并简单介绍应用这些技术已取得的重要成果以及未来的发展方向.

细胞作为力学感受器,可以感知、传递施加在其表面的机械力并调整自身力学性能,维持自身稳定.机械力从细胞表面或细胞质传递到细胞核依赖于完整的细胞骨架系统,该系统包括细胞质骨架和细胞核骨架两部分,而LINC复合体则是两者实现机械连接的桥梁,因此其在细胞内机械力传导中发挥着重要作用.综述LINC复合体传导机械力的结构基础和机械力传导引起的细胞核形态、转录因子的出入核以及染色质的空间构象的改变,为进一步探讨LINC复合体在细胞机械力传导过程中的作用及其对基因表达的影响奠定基础.

真核细胞中的染色质DNA高度折叠形成复杂的三维结构,其空间组织方式对精准调控基因的表达和细胞发挥正常功能都起着重要的作用.细胞终末分化成熟过程中形态及基因表达谱常发生显著改变,同时伴随着明显的基因组三维结构变化.本文在简单介绍三维基因组多层次组织结构(染色质领域、A/B区室、拓扑相关结构域和成环构象等)基础上,重点综述了细胞终末分化过程中三维基因组结构变化与功能调控方面的研究进展,并探讨了当前三维基因组研究在解析细胞分化成熟过程时存在的问题和前景.

染色质在细胞核内的缠绕、折叠及其在细胞核内的空间排布是真核生物染色质构型的主要特征.在经典DNA探针荧光原位杂交显微观察的基础上,基于新一代测序技术的Hi-C及ChIA-PET染色质构型捕获技术已经被广泛应用于动物及植物细胞核染色质构型的研究中,并以新的角度定义了包括:染色体(质)域(chromosome territory)、A/B染色质区室(compartment A/B)、拓扑偶联结构域(topological associated domains,TADs)、染色质环(chromatin loops)等在内的多个更为精细的染色质构型.利用以上两种主流技术,越来越多的植物物种染色质构型特征被鉴定、分析和比较.本文系统分析和总结了近年来以植物细胞为模型的细胞核染色构型领域取得的重要成果,包括各级染色质构型特征的组成、建立机制和主要影响因素等.在此基础上,分析了目前研究植物染色质构型技术的瓶颈和突破性的技术进展,并对后续研究主要关注的问题和研究内容进行了展望,以期为相关领域的研究提供更多的理论参考和依据.

染色体的空间交互作用被视为影响基因表达调控的重要因素,高通量染色体构象捕获(high-throughput chromosome conformation capture,Hi-C)技术已成为3D基因组学中探索染色体空间交互作用的主要实验手段之一.随着Hi-C样本数据的持续累积以及分析处理流程复杂度的不断提升,基于生物信息学的Hi-C数据分析对探究基因表达的时空调控机制而言,是机遇也是挑战.本文从生物信息学角度,综合阐述了Hi-C的国内外研究现状及发展动态,包括数据标准化、多级结构分析、数据可视化以及三维建模,重点剖析了多级结构中的A/B区室(A/B compartments)、拓扑相关域(topological associated domains,TADs)和染色质环(chromain looping),在此基础上分析了该方向未来可能的研究热点及发展趋势,以期为将基因表达调控的探索从传统线性空间进一步拓展到三维结构空间提供支持.

基因的表达调控与基因组在细胞核内的三维空间架构相辅相成,原钙粘蛋白(protocadherin,Pcdh)基因簇在大脑发育中起到关键作用,可以作为研究基因表达调控机制的模式基因.转录因子RFX5(regulatory factor x 5)是翼螺旋家族(winged HLH family)的成员,其蛋白由寡聚化结构域、DNA结合域、螺旋结构域和激活域组成,在调控免疫系统的主要组织相容性复合物II类(major histocompatibility complex class II,MHC II)的表达中起着至关重要的作用.本研究发现RFX5与CTCF在全基因组上结合的位点有部分重叠,利用CRISPR/Cas9 DNA大片段编辑技术,构建了RFX5基因缺失的HEC-1-B细胞系.通过RNA-seq实验,发现RFX5敲除能够显著升高Pcdhα6、Pcdhα12、Pcdhαc2的表达水平.通过ChIP-nexus实验,发现敲除RFX5导致染色质架构蛋白CTCF和cohesin在原钙粘蛋白 α 基因簇处的结合增加.最后,染色质构象捕获QHR-4C实验发现Pcdhα6、Pcdhα12启动子与远端增强子HS5-1的染色质远距离相互作用增强.上述研究表明RFX5蛋白可能通过调控染色质高级结构影响原钙粘蛋白α基因簇的表达,为未来进一步探索RFX5的功能提供了参考.