A spatial genome aligner for resolving chromatin architectures from multiplexed DNA FISH

染色质 基因组 染色体构象捕获 生物 姐妹染色单体 染色体 计算生物学 荧光原位杂交 遗传学 DNA 基因 基因表达 增强子
作者
Bojing Blair Jia,Adam Jussila,Colin Kern,Quan Zhu,Bing Ren
出处
期刊:Nature Biotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:41 (7): 1004-1017 被引量:17
标识
DOI:10.1038/s41587-022-01568-9
摘要

Multiplexed fluorescence in situ hybridization (FISH) is a widely used approach for analyzing three-dimensional genome organization, but it is challenging to derive chromosomal conformations from noisy fluorescence signals, and tracing chromatin is not straightforward. Here we report a spatial genome aligner that parses true chromatin signal from noise by aligning signals to a DNA polymer model. Using genomic distances separating imaged loci, our aligner estimates spatial distances expected to separate loci on a polymer in three-dimensional space. Our aligner then evaluates the physical probability observed signals belonging to these loci are connected, thereby tracing chromatin structures. We demonstrate that this spatial genome aligner can efficiently model chromosome architectures from DNA FISH data across multiple scales and be used to predict chromosome ploidies de novo in interphase cells. Reprocessing of previous whole-genome chromosome tracing data with this method indicates the spatial aggregation of sister chromatids in S/G2 phase cells in asynchronous mouse embryonic stem cells and provides evidence for extranumerary chromosomes that remain tightly paired in postmitotic neurons of the adult mouse cortex.
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