Сравнительный анализ данных РНК‑хроматинового интерактома: разрешение, полнота и специфичность данных

1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, факультет биоинженерии и биоинформатики, 119234 Москва, Россия

2 Институт общей генетики имени Н.И. Вавилова РАН, 119991 Москва, Россия

Поступила в редакцию 03.07.2025
После доработки 25.10.2025
Принята к публикации 28.10.2025

DOI: 10.7868/S3034529425110178

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: РНК‑хроматиновый интерактом, некодирующие РНК, база данных RNA‑Chrom, конкордантность данных РНК‑хроматинового интерактома.

Аннотация

Для исследования взаимодействий РНК с хроматином применяются два типа экспериментов – поиск интерактома индивидуальных РНК («один-против-всех», «one‑to‑all» или OTA) и полногеномный поиск контактов всех РНК («все-против-всех», «all‑to‑all» или ATA). Сравнительный анализ данных АТА и ОТА выявил их фундаментальные различия в разрешении, полноте и специфичности. Данные OTA обладают высоким разрешением (~1000 п.н.) и воспроизводимостью (>90%), служа «золотым стандартом». Данные ATA имеют более низкое разрешение (~5000 п.н.), а их воспроизводимость (<10%) критически зависит от протокола, показывая преимущество двухэтапной фиксации дисукцинимидилглутаратом и формальдегидом (GRID‑seq) перед одним формальдегидом. Введенный «хроматиновый потенциал» и фильтрация по пикам BaRDIC эффективно выделяют специфический сигнал. Работа предлагает стратегию для достоверного анализа интерактома: комбинировать отбор РНК по хроматиновому потенциалу с использованием конкордантных контактов из пиков.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Дополнительные материалы

Приложение

Вклад авторов

Г.К. Рябых – анализ хроматинового потенциала, анализ конкордантности реплик и данных «все-против-всех» в сравнении с «один-против-всех»; А.И. Никольская – вычисление пиков BaRDIC и анализ конкордантности данных «один-против-всех»; Л.Д. Гаркуль – обработка данных секвенирования РНК; А.А. Миронов – концепция и руководство работой; Г.К. Рябых, А.И. Никольская, Л.Д. Гаркуль, А.А. Миронов – написание текста; Г.К. Рябых, А.И. Никольская, Л.Д. Гаркуль, А.А. Миронов – редактирование текста.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 23-14-00136).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Mattick, J. S., Amaral, P. P., Carninci, P., Carpenter, S., Chang, H. Y., Chen, L.-L., Chen, R., Dean, C., Dinger, M. E., Fitzgerald, K. A., Gingeras, T. R., Guttman, M., Hirose, T., Huarte, M., Johnson, R., Kanduri, C., Kapranov, P., Lawrence, J. B., Lee, J. T., Mendell, J. T., Mercer, T. R., Moore, K. J., Nakagawa, S., Rinn, J. L., Spector, D. L., et al. (2023) Long non-coding RNAs: definitions, functions, challenges and recommendations, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 24, 430-447, https://doi.org/10.1038/s41580-022-00566-8.

2. Engreitz, J. M., Pandya-Jones, A., McDonel, P., Shishkin, A., Sirokman, K., Surka, C., Kadri, S., Xing, j., Goren, A., Lander, E. S., Plath, K., and Guttman, M. (2013) The Xist lncRNA exploits three-dimensional genome architecture to spread across the X chromosome, Science, 341, 1-8, https://doi.org/10.1126/science.1237973.

3. Simon, M. D., Wang, C. I., Kharchenko, P. V., West, J. A., Chapman, B. A., Alekseyenko, A. A., Borowsky, M. L., Kuroda, M. I., and Kingston, R. E. (2011) The genomic binding sites of a noncoding RNA, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108, 20497-20502, https://doi.org/10.1073/pnas.1113536108.

4. Chu, C., Qu, K., Zhong, F. L., Artandi, S. E., and Chang, H. Y. (2011) Genomic maps of long noncoding RNA occupancy reveal principles of RNA-chromatin interactions, Mol. Cell, 44, 667-678, https://doi.org/10.1016/j.molcel.2011.08.027.

5. Quinn, J. J., Ilik, I. A., Qu, K., Georgiev, P., Chu, C., Akhtar, A., and Chang, H. Y. (2014) Revealing long noncoding RNA architecture and functions using domain-specific chromatin isolation by RNA purification, Nat. Biotechnol., 32, 933-940, https://doi.org/10.1038/nbt.2943.

6. Mondal, T., Subhash, S., Vaid, R., Enroth, S., Uday, S., Reinius, B., Mitra, S., Mohammed, A., James, A. R., Hoberg, E., Moustakas, A., Gyllensten, U., Jones, S. J., Gustafsson, C. M., Sims, A. H., Westerlund, F., Gorab, E., and Kanduri, C. (2015) MEG3 long noncoding RNA regulates the TGF-β pathway genes through formation of RNA-DNA triplex structures, Nat. Commun., 6, 1-17, https://doi.org/10.1038/ncomms8743.

7. Chu, H. P., Cifuentes-Rojas C., Kesner, B., Aeby, E., Lee, H.-G., Wei, C., Oh, H. J., Boukhali, M., et al. (2017) TERRA RNA antagonizes ATRX and protects telomeres, Cell, 170, 86-101, https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.06.017.

8. Sridhar, B., Rivas-Astroza, M., Nguyen, T. C., Chen, W., Yan, Z., Cao, X., Hebert, L., and Zhong, S. (2017) Systematic mapping of RNA-chromatin interactions in vivo, Curr. Biol., 27, 602-609, https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.01.011.

9. Li, X., Zhou, B., Chen, L., Gou, L. T., Li, H., and Fu, X. D. (2017) GRID-seq reveals the global RNA-chromatin interactome, Nat. Biotechnol., 35, 940-950, https://doi.org/10.1038/nbt.3968.

10. Bell, J. C., Jukam, D., Teran, N. A., Risca, V. I., Smith, O. K., Johnson, W. L., Skotheim, J. M., Greenleaf, W. J., and Straight, A. F. (2018) Chromatin-associated RNA sequencing (ChAR-seq) maps genome-wide RNA-to-DNA contacts, Elife, 7, e27024, https://doi.org/10.7554/eLife.27024.

11. Limouse, C., Smith, O. K., Jukam, D, Fryer, K. A., Greenleaf, W. J., and Straight, A. F. (2023) Global mapping of RNA-chromatin contacts reveals a proximity-dominated connectivity model for ncRNA-gene interactions, Nat. Commun., 14, 6073, https://doi.org/10.1038/s41467-023-41848-9.

12. Yan, Z., Huang, N., Wu, W., Chen, W., Jiang, Y., Chen, J., Huang, X., Wen, X., Xu, j., Jin, Q., Zhang, K., Chen, Z., Chien, S., and Zhong, S. (2019) Genome-wide colocalization of RNA–DNA interactions and fusion RNA pairs, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 116, 3328-3337, https://doi.org/10.1073/pnas.1819788116.

13. Bonetti, A., Agostini, F, Suzuki, A. M., Hashimoto, K., Pascarella, G., Gimenez, J., Roos, L., Nash, A. J., Ghilotti, M., Cameron, C. J. F., Valentine, M., Medvedeva, Y. A., Noguchi, S., Agirre, E., Kashi, K., Samudyata, Luginbühl, J., et al. (2020) RADICL-seq identifies general and cell type-specific principles of genome-wide RNA-chromatin interactions, Nat. Commun., 11, 1018, https://doi.org/10.1038/s41467-020-14337-6.

14. Gavrilov, A. A., Zharikova, A. A., Galitsyna, A. A., Luzhin, A. V., Rubanova, N. M., Golov, A. K., Petrova, N. V., Logacheva, M. D., Kantidze, O. L., Ulianov, S. V., Magnitov, M. D., Mironov, A. A., and Razin, S. V. (2020) Studying RNA-DNA interactome by Red-C identifies noncoding RNAs associated with various chromatin types and reveals transcription dynamics, Nucleic Acids Res., 48, 6699-6714, https://doi.org/10.1093/nar/gkaa457.

15. Ryabykh, G. K., Mylarshchikov, D. E., Kuznetsov, S. V., Sigorskikh, A. I., Ponomareva, T. Y., Zharikova, A. A., and Mironov, A. A. (2022) RNA-chromatin interactome: What? Where? When? Mol. Biol., 56, 210-228, https://doi.org/10.31857/S002689842202015X.

16. West, J. A., Davis, C. P., Sunwoo, H., Simon, M. D., Sadreyev, R. I., Wang, P. I., Tolstorukov, M. Y., and Kingston R. E. (2014) The long noncoding RNAs NEAT1 and MALAT1 bind active chromatin sites, Mol. Cell, 55, 791-802, https://doi.org/10.1016/j.molcel.2014.07.012.

17. Lieberman-Aiden, E., L van Berkum, N., Williams, L., Imakaev, M., Ragoczy, T., Telling, A., Amit, I., Lajoie, B. R., Sabo, P. J., Dorschner, M. O., Sandstrom, R., Bernstein, B., Bender, M. A., Groudine, M., Gnirke, A., Stamatoyannopoulos, J., Mirny, L. A., Lander, E. S., and Dekker, J. (2009) Comprehensive mapping of long-range interactions reveals folding principles of the human genome, Science, 326, 289-293, https://doi.org/10.1126/science.1181369.

18. Hoffman, E. A., Frey, B. L., Smith, L. M., and Auble, D. T. (2015) Formaldehyde crosslinking: a tool for the study of chromatin complexes, J. Biol. Chem., 44, 26404-26411, https://doi.org/10.1074/jbc.R115.651679.

19. Ryabykh, G. K., Kuznetsov, S. V., Korostelev, Y. D., Sigorskikh, A. I., Zharikova, A. A., and Mironov, A. A. (2023) RNA-Chrom: a manually curated analytical database of RNA–chromatin interactome, Database, 2023, baad025, https://doi.org/10.1093/database/baad025.

20. Mylarshchikov, D. E., Nikolskaya, A. I., Bogomaz, O. D., Zharikova, A. A., and Mironov, A. A. (2024) BaRDIC: robust peak calling for RNA-DNA interaction data, NAR Genom. Bioinform., 6, lqae054, https://doi.org/10.1093/nargab/lqae054.

21. Alberti, A., Belser, C., Engelen, S., Bertrand, L., Orvain, C., Brinas, L., Cruaud, C., Giraut, L., Silva, C., Firmo, C., Aury, J.-M., and Wincker, P. (2014) Comparison of library preparation methods reveals their impact on interpretation of metatranscriptomic data, BMC Genomics, 15, 912, https://doi.org/10.1186/1471-2164-15-912.

22. Lin, S.-L., Miller, J. D., and Ying, S.-Y. (2006) Intronic microRNA (miRNA), J. Biomed. Biotechnol., 2006, 26818, https://doi.org/10.1155/JBB/2006/26818.

23. Bergeron, D., Faucher-Giguère, L., Emmerichs, A.-K., Choquet, K., Song, K. S., Deschamps-Francoeur, G., Fafard-Couture, E., Rivera, A., Couture, S., Churchman, L. S., Heyd, F., Elela, S. A., and Scott, M. S. (2023) Intronic small nucleolar RNAs regulate host gene splicing through base pairing with their adjacent intronic sequences, Genome. Biol., 24, 160, https://doi.org/10.1186/s13059-023-03002-y.

24. Nam, J.-W., Choi, S.-W., and You, B.-H. (2016) Incredible RNA: dual functions of coding and noncoding, Mol. Cells, 39, 367-374, https://doi.org/10.14348/molcells.2016.0039.

25. Machyna, M., and Simon, M. D. (2018) Catching RNAs on chromatin using hybridization capture methods, Brief. Funct. Genomics, 17, 96-103, https://doi.org/10.1093/bfgp/elx038.

26. Oh, H. J., Aguilar, R., Kesner, B., Lee, H.-G., Kriz, A. J., Chu, H.-P., and Lee, J. T. (2021) Jpx RNA regulates CTCF anchor site selection and formation of chromosome loops, Cell, 184, 6157-6173, https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.11.012.

27. Clemson, C. M., Hutchinson, J. N., Sara, S. A., Ensminger, A. W., Fox, A. H., Chess, A., and Lawrence, J. B. (2009) An architectural role for a nuclear noncoding RNA: NEAT1 RNA is essential for the structure of paraspeckles, Mol. Cell, 33, 717-726, https://doi.org/10.1016/j.molcel.2009.01.026.

28. Tripathi, V., Ellis, J. D., Shen, Z., Song, D. Y., Pan, Q., Watt, A. T., Freier, S. M., Bennett, C. F., Sharma, A., Bubulya, P. A., Blencowe, B. J., Prasanth, S. G., and Prasanth, K. V. (2010) The nuclear-retained noncoding RNA MALAT1 regulates alternative splicing by modulating SR splicing factor phosphorylation, Mol. Cell., 39, 925-938, https://doi.org/10.1016/j.molcel.2010.08.011.

29. Cai, D., and Han, J.-D. J. (2021) Aging-associated lncRNAs are evolutionarily conserved and participate in NFκB signaling, Nat. Aging, 1, 438-453, https://doi.org/10.1038/s43587-021-00056-0.

30. Merry, C. R., Forrest, M. E., Sabers, J. N., Beard, L., Gao X.-H., Hatzoglou, M., Jackson, M. W., Wang, Z., Markowitz, S. D., and Khalil, A. M. (2015) DNMT1-associated long non-coding RNAs regulate global gene expression and DNA methylation in colon cancer, Hum. Mol. Genet., 24, 6240-6253, https://doi.org/10.1093/hmg/ddv343.

31. Stitzinger, S. H., Sohrabi-Jahromi, S., and Söding, J. (2023) Cooperativity boosts affinity and specificity of proteins with multiple RNA-binding domains, NAR Genom. Bioinform., 5, lqad057, https://doi.org/10.1093/nargab/lqad057.

32. Khlebnikov, D. A., Nikolskaya, A. I., Zharikova, A. A., and Mironov, A. A. (2025) Comprehensive analysis of RNA-chromatin, RNA-, and DNA-protein interactions, NAR Genom. Bioinform., 7, lqaf010, https://doi.org/10.1093/nargab/lqaf010.