Hi-C技術發(fā)展

一赏殃、 Hi-C

Hi-C(High-through chromosome conformation capture )技術源于染色體構象捕獲(Chromosome conformation caputre ,3C)技術践美,以整個細胞核為研究對象旺矾,利用高通量測序技術,結合生物信息分析方法粗合,研究全基因組范圍內整個染色質DNA在空間位置上的關系,通過對染色質內全部DNA相互作用模式進行捕獲,獲得高分辨率的染色質三維結構信息澜公。

Ringo Pueschel, Francesca Coraggio, Peter Meister; From single genes to entire genomes: the search for a function of nuclear organization.?Development?15 March 2016; 143 (6): 910–923. doi:?https://doi.org/10.1242/dev.129007

通過Hi-C技術可以獲得全基因組范圍內的互作信息,得到染色體三個層級的三維結構(染色質領域Chromosome Territories):A/B compaertment 喇肋、拓撲相關結構域(TAD)坟乾、染色質環(huán)(loop)。

A/B compartment(常染色質/異染色質)具有組織蝶防、時期糊渊、狀態(tài)特異性,在不同組織或不同時期或疾病狀態(tài)間能夠發(fā)生轉換慧脱,這種轉換和基因表達調控有一定關系。當染色體上某區(qū)域發(fā)生A/B compartment轉化贺喝,會影響其中的基因的轉錄活性菱鸥,通常B compartment轉換為A compartment的區(qū)域相關基因大多表達上調宗兼,而Acompartment轉換為B compartment的區(qū)域相關基因則下調。

TAD(拓撲相關結構域)是一段具有折疊結構的DNA序列氮采,是基因組在空間結構中的基本組織形式殷绍。TAD內部的互作頻率會顯著高于毗鄰的兩個區(qū)域之間的互作頻率,TAD結構在不同時空下(組織鹊漠、發(fā)育階段主到、狀態(tài)等)具有一定的保守性,同時也存在—些動態(tài)變化躯概。

Loops是DNA在CTCF等蛋白質的介導下形成遠距離互作登钥,同樣loop結構在不同時空下(組織、發(fā)育階段娶靡、狀態(tài)等)會有一些動態(tài)變化牧牢,且通過loop錨定的位點中包含啟動子、增強子姿锭、沉默子等塔鳍,當發(fā)生loop結構的動態(tài)變化,如新形成或消失呻此,在一定程度上會影響基因的調控轮纫。

同樣源于3C的用以研究染色體互作的技術還包括4C (Circularized ChromatinConformation Capture) . 5C (Carbon-Copy Chromatin ConformationCapture) . ChIA-PET (chromatin interaction analysis by paired-end tagsequencing)等,不同的3C衍生技術的區(qū)別在于捕獲的連接片段檢測和定量方式.

Viviana I. Risca, William J. Greenleaf,Unraveling the 3D genome: genomics tools for multiscale exploration,Trends in Genetics,Volume 31, Issue 7,2015,Pages 357-372,ISSN 0168-9525,https://doi.org/10.1016/j.tig.2015.03.010.(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168952515000633)


3C(one by one)——經典的3C實驗中焚鲜,通過基因座特異性引物PCR檢測單個連接產物掌唾,大多數3C通常僅能分析幾十到幾百Kb染色質之間的相互作用,通量低恃泪,費時費力郑兴。

4C(one by all):用于測定一點到多點之間的染色質交互作用。使用反向PCR產生單基因座的全基因組相互作用圖贝乎,研究已知DNA片段(bait)與全基因組未知DNA片段之間的互作情连。

5C(many by many):用于測定多點到多點之間的染色質交互作用±佬В基于3C的基本原理却舀,結合連接介導的擴增來增加3C檢測的通量,識別兩組大量位點之間并行的數百萬個相互作用锤灿。

ChIA-PET配對末端標簽測序分析染色質相互作用技術挽拔,把染色質免疫沉淀(ChIP)技術、染色質鄰近式連接(chromatinproximity ligation)技術但校、配對未端標簽(paired-endtag,PET)技術和新一代測序(next-generation sequencing)技術融為一體,在基因組三維折疊和套環(huán)狀態(tài)下分析基因表達和調控螃诅,全基因組范圍內分析遠程染色質相互作用。

而Hi-C技術,則提供了一個真正全基因組范圍的相互作用圖譜术裸。

文章1:

題目: The methyltransferase SETDB1 regulates a large neuron-specific topological chromatin domain.期刊: Nat Genet

影響因子: 31.616

作者通過細胞類型特異性3D基因組圖譜倘是,靶向表觀基因組編輯等技術手段,識別出了一種能幫助基因組免受CTCF過度結合的SETDB1依賴性“盾牌”袭艺,揭示表觀遺傳對染色體關鍵結構域的影響搀崭。

文章2:

題目: The Energetics and Physiological lmpact of Cohesin Extrusion.期刊:Cell

影響因子:28.710

作者圍繞黏連蛋白擠壓的能量和生理學影響進行了一系列研究,發(fā)現黏連蛋白擠壓需要其內源性的ATP活性猾编,大量的黏連蛋白結合在CTCF錨定位點附近產生了結構性的條紋;條紋結構可促進啟動子-增強子的相互作用瘤睹,而條紋錨定位點是腫瘤誘導TOP23 DNA斷裂的主要位點。

二答倡、 DLO Hi-C

華中農業(yè)大學曹罡教授課題組研發(fā)了一種新型的染色質構象捕獲技術DLO Hi-C轰传。

DLO Hi-C技術:是基于Hi-C技術的一種創(chuàng)新的染色質構象捕獲技術,此技術信噪比高苇羡,質量控制于早期绸吸,為解析基因組三維結構提供了一種新型、高效设江、經濟的研究方案锦茁。

DLO Hi-C技術優(yōu)勢:

1.微量細胞建庫:正常建庫與生信分析的樣本可低至10萬個核。

2.高成功率:細胞樣本文庫構建成功率幾乎為100%叉存。

3.建庫周期短:只需執(zhí)行兩輪簡單的消化和連接步驟即可獲得高質量的文庫码俩。

4.數據更準確:測序前質檢,確保數據準確性。

5.分辨率更高:在測序數據更少的情況下,互作矩陣分辨率更高歼捏, 染色質結構分析得到的數據也更多稿存。

6.較高的信噪比:使用多種措施來減少噪音,保證高質量的數據輸出瞳秽,分析更準確瓣履。

7.可與RNA-Seq、 ChIP-Seq练俐、 ATAC- Seq和甲基化等多組學表觀遺傳分析袖迎。

DLO Hi-C技術詳細見文章3:

題目: Digestion-ligation-only Hi-C is an efficientand cost-effective method for chromosome conformationcapture.

期刊:Nat Genet影響因子: 31.616

作者開發(fā)了一種H-C方法——DLO Hi-C,并利用這項技術成功的探索了基因組的三維結構和染色體易位腺晾。DLO Hi-C具有簡單高效燕锥、高性價比、快速早期質控等優(yōu)點悯蝉。有助于探索全基因組的三維結構以及相關的研究归形。


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參考:

http://www.genecreate.cn/subject/964.html

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