Radial organization of GC content: a computational analysis of nuclear 3D genomic structures in different human cell types

Il metodo GPSeq introdotto nel 2020 ha permesso di misurare sperimentalmente come, in alcune linee cellulari umane, il contenuto di G e C del genoma aumentasse avvicinandosi al centro del nucleo. Tale gradiente radiale potrebbe essere alla base di funzioni regolatorie e protettive della trascrizione genica e influenzare la disposizione 3D del DNA. In questa tesi viene proposta un'analisi computazionale volta a studiare la ricostruzione spaziale del contenuto genomico e a stabilire la presenza di tale organizzazione radiale per 9 diversi tipi cellulari umani. La prima di queste è la linea linfoblastoide GM06990, in cui il gradiente è stato osservato mediante GPSeq. La ricostruzione della struttura 3D del DNA è stata realizzata attraverso l'utilizzo del software MOGEN, che, tramite un processo di ottimizzazione, restituisce le coordinate spaziali dei vari frammenti che compongono la sequenza. In particolare, la ricostruzione avviene sulla base dei dati di contatto Hi-C per ciascun tipo cellulare, i quali offrono una misura della vicinanza spaziale relativa dei diversi frammenti del genoma. Andando a calcolare la frazione media di contenuto G e C all'interno di gusci sferici concentrici, è stato possibile eseguire un fit lineare sui dati ottenuti per verificare la presenza del gradiente genomico. Le ricostruzioni 3D prodotte hanno evidenziato come le tipiche caratteristiche topologiche dell'organizzazione genomica siano confermate, sebbene con eccezioni dovute all'estrema dinamicità della struttura e agli effetti causati dal rumore dei dati utilizzati. Nella linea linfoblastoide è stata verificata la presenza di un lieve gradiente di contenuto GC, compatibile solo con altri due tipi cellulari. Nei rimanenti, il gradiente è risultato essere molto lieve o assente.