Abstract Extensive efforts have been directed at the discovery, investigation and clinical monitoring of targeted therapeutics. These efforts may be facilitated by the convenient access of the genetic, proteomic, interactive and other aspects of the therapeutic targets. Here, we describe an update of the Therapeutic target database (TTD) previously featured in NAR. This update includes: (i) 2000 drug resistance mutations in 83 targets and 104 target/drug regulatory genes, which are resistant to 228 drugs targeting 63 diseases (49 targets of 61 drugs with patient prevalence data); (ii) differential expression profiles of 758 targets in the disease-relevant drug-targeted tissue of 12 615 patients of 70 diseases; (iii) expression profiles of 629 targets in the non-targeted tissues of 2565 healthy individuals; (iv) 1008 target combinations of 1764 drugs and the 1604 target combination of 664 multi-target drugs; (v) additional 48 successful, 398 clinical trial and 21 research targets, 473 approved, 812 clinical trial and 1120 experimental drugs, and (vi) ICD-10-CM and ICD-9-CM codes for additional 482 targets and 262 drugs against 98 disease conditions. This update makes TTD more useful for facilitating the patient focused research, discovery and clinical investigations of the targeted therapeutics. TTD is accessible at http://bidd.nus.edu.sg/group/ttd/ttd.asp.

Abstract Single-cell chromatin studies provide insights into how chromatin structure relates to functions of individual cells. However, balancing high-resolution and genome wide-coverage remains challenging. We describe a computational method for the reconstruction of large 3D-ensembles of single-cell (sc) chromatin conformations from population Hi-C that we apply to study embryogenesis in Drosophila . With minimal assumptions of physical properties and without adjustable parameters, our method generates large ensembles of chromatin conformations via deep-sampling. Our method identifies specific interactions, which constitute 5–6% of Hi-C frequencies, but surprisingly are sufficient to drive chromatin folding, giving rise to the observed Hi-C patterns. Modeled sc-chromatins quantify chromatin heterogeneity, revealing significant changes during embryogenesis. Furthermore, > 50% of modeled sc-chromatin maintain topologically associating domains (TADs) in early embryos, when no population TADs are perceptible. Domain boundaries become fixated during development, with strong preference at binding-sites of insulator-complexes upon the mid-blastula transition. Overall, high-resolution 3D-ensembles of sc-chromatin conformations enable further in-depth interpretation of population Hi-C, improving understanding of the structure-function relationship of genome organization.

Topologically associating domains (TADs) are fundamental elements of the 3D structure of the eukaryotic genome. However, while the structural importance of the insulator protein CTCF together with cohesin at TAD borders in mammalian cells is well established, the absence of such co-localization at most TAD borders in recent Hi-C studies of D. melanogaster is enigmatic, raising the possibility that these TAD border elements are not generally conserved among metazoans. Using in situ Hi-C with sub-kb resolution, we show that the genome of D. melanogaster is almost completely partitioned into more than 4,000 TADs (median size, 13 kb), nearly 7-fold more than previously identified. The overwhelming majority of these TADs are demarcated by pairs of Drosophila specific insulator proteins, BEAF-32/CP190 or BEAF-32/Chromator, indicating that these proteins may play an analogous role in Drosophila as that of the CTCF/cohesin pair in mammals. Moreover, we find that previously identified TADs enriched for inactive chromatin are predominantly assembled from the higher-level interactions between smaller TADs. In contrast, the contiguous small TADs in regions previously thought to be unstructured "inter-TADs" are organized in an open configuration with far fewer TAD-TAD interactions. Such structures can also be identified in some "inter-TAD" regions of the mammalian genome, suggesting that larger assemblages of small self-associating TADs separated by a "burst" of contiguous small, weakly associating TADs may be a conserved, basic characteristic of the higher order folding of the metazoan genome.

Chromatin interactions are important for gene regulation and cellular specialization. Emerging evidence suggests many-body spatial interactions can play important roles in condensing super-enhancer regions into a cohesive transcriptional apparatus. Chromosome conformation studies using Hi-C are limited to pairwise, population-averaged interactions; therefore, not suitable for direct assessment of many-body interactions. We describe a computational model, CHROMATIX, that reconstructs structural ensembles based on Hi-C data and identifies significant many-body interactions. For a diverse set of highly-active transcriptional loci with at least 2 super-enhancers, we detail the many-body functional landscape and show DNase-accessibility, POLR2A binding, and decreased H3K27me3 are predictive of interaction-enriched regions.