您现在所在的位置:主页 > 研究方案 > 多组学联用 > Hi-C技术
    研究方案

Hi-C (High-through chromosome conformation capture) 是以整个细胞核为研究对象,利用高通量测序技术,结合生物信息分析方法, 研究全基因组范围内整个染色质DNA在空间位置上的关系, 获得高分辨率的染色质调控元件相互作用图谱。Hi-C可以与RNA-Seq、ChIP-Seq、ATAC-Seq等数据进行联合分析,从基因调控网络和表观遗传网络来阐述生物体性状形成的相关机制。

染色体三维结构图

武汉金开瑞生物工程有限公司技术顾问、华中农业大学教授,曹罡课题组与华中农业大学李国亮教授课题组在国际著名期刊Nature Genetics上联合发表题为“Digestion-ligation-only Hi-C is an efficient andcost-effective method for chromosome conformation capture”的研究论文。该论文主要介绍了一种新的染色体构象捕获技术(DLO Hi-C),为解析基因组三维结构提供了一种新型、高效、经济的研究方法。

DLO Hi-C技术使全基因组染色体构象捕获实验的成本大大的降低,同时简化了实验步骤,使得实验成功率显著提高,对辅助基因组组装、解析基因组远程调控元件的功能、理解疾病易感位点以及检测染色体结构变异有着重要的意义。Nature Genetics同期发表专门评论性文章,对曹罡教授及其合作者的研究工作给予了较高评价“Lin et al. introduce an elegant dual-linkerstrategy that allows for noise filtering and early quality control.”

研究思路

应用方向

应用一:疾病发生机制

为了探测乳腺上皮细胞和乳腺癌细胞的全基因组染色质结构,从MCF-10A和MCF-7细胞系分别构建了来自两个独立生物学重复样本的Hi-C文库。结果发现人乳腺上皮细胞系MCF-10A,在chr16-chr22号小染色体中,有较强的相互作用。在250 kb的分辨率下,MCF-10A和MCF-7基因组显示出开放和闭合区室的相似分布。只有一些区域有A到B区室或者B到A区室的转化,这些转化区域中的很多基因和癌症重要通路WNT相关。不同细胞系中约有85%的TAD边界是相同的,用40kb分辨率来鉴定TAD边界,发现一些TAD边界是乳腺癌细胞系特有的。该研究绘制了两种细胞系染色质高级结构的全基因组视图,并提供了一种渠道,利用该渠道可以研究乳腺癌的两种细胞系中的染色质相互作用。

MCF-10A和MCF-7中chr16-chr22号染色体间互作比较

参考文献:A. Rasim Barutcu1, Bryan R. Lajoie2, et al. Chromatin interaction analysis reveals changes in small chromosome and telomere clustering between epithelial and breast cancer cells. Genome Biology, 2015, 16:214.

应用二:细胞发育分化机制

有研究报道了哺乳动物染色体三维结构在着床前胚胎发育过程中的动态重编程过程。对小鼠卵母细胞和植入前胚胎发育中染色质的结构特征进行研究发现,精子保有而MII期卵母细胞缺乏经典的染色体compartments和TADs结构。在受精后染色质三维结构首先呈现出一种非常松散的状态,两套来自亲本的基因组在空间上部分分离且compartments也有所不同,这种差异持续到8细胞期。在随后的胚胎早期发育过程中染色质高级结构逐渐以亲本特异的方式建立和成熟,并且不完全依赖于合子基因组的转录激活。

小鼠早期发育TADs的建立过程

参考文献:Zhenhai Du, Hui Zheng , et al. Allelic reprogramming of 3D chromatin architecture during early mammalian development. Nature, 2017, volume 547, pages 232–235

推荐文献

1、High resolution mapping of chromatin conformation in cardiac myocytes reveals structural remodeling of the epigenome in heart failure. [Circulation, 2017]

2、Inherited determinants of early recurrent somatic mutations in prostate cancer. [Nature Communications, 2017]

3、Chromosomal contacts connect loci associated with autism, BMI and head circumference phenotypes. [Molecular Psychiatry,2017]

4、Identification of 19 new risk loci and potential regulatory mechanisms influencing susceptibility to testicular germ cell tumor. [Nature Genetics, 2017]

5、Capture Hi-C identifies the chromatin interactome of colorectal cancer risk loci. [Nature Communications,2015]

6、3D genome of multiple myeloma reveals spatial genome disorganization associated with copy number variations. [Nature Communications, 2017]

7、Mapping long-range promoter contacts in human cells with high-resolution capture Hi-C. [Nature Genetics, 2015]

8、Three-dimensional disorganization of the cancer genome occurs coincident with long-range genetic and epigenetic alterations. [Genome Biology, 2015]

9、Allelic reprogramming of 3D chromatin architecture during early mammalian development. [Nature, 2017]