三維基因組學(xué)研究之Hi-C

1. 技術(shù)原理

基因組研究的維度可以分為很多種建车,例如下圖所示

其中Hi-C是研究三維結(jié)構(gòu)的一種方法蜀涨。Hi-C技術(shù)源于染色體構(gòu)象捕獲(Chromosome Conformation Capture, 3C)技術(shù),利用高通量測(cè)序技術(shù),結(jié)合生物信息分析方法,研究全基因組范圍內(nèi)整個(gè)染色質(zhì)DNA在空間位置上的關(guān)系,獲得高分辨率的染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)信息弛说。

其中染色質(zhì)構(gòu)象捕獲(3C)技術(shù)是用福爾馬林瞬時(shí)固定細(xì)胞核染色質(zhì),用過量的限制性內(nèi)切酶酶切消化染色質(zhì) - 蛋白質(zhì)交聯(lián)物翰意,在 DNA 濃度極低而連接酶濃度極高的條件下用連接酶連接消化物木人,蛋白酶消化交聯(lián)物以釋放出結(jié)合的蛋白質(zhì),用推測(cè)可能有互作的目的片段引物進(jìn)行普通PCR和定量PCR來確定是否存在相互作用。3C 技術(shù)假定物理上互作的 DNA 片段連接頻率最高,以基因座特異性 PCR 來檢測(cè)基因組中 DNA 片段之間的物理接觸横缔,最終以 PCR 產(chǎn)物的豐度來確定是否存在相互作用

Hi-C技術(shù)在3C的基礎(chǔ)上淘讥,在酶切后將缺口進(jìn)行補(bǔ)平(dCTP 進(jìn)行生物素標(biāo)),然后用連接酶進(jìn)行連接堤如,將樣本進(jìn)行超聲破碎蒲列,隨后用生物素親和層析將片段沉淀(也就是抓下來帶有生物素標(biāo)記的片段),加上接頭進(jìn)行深度測(cè)序搀罢。

2. 技術(shù)流程

下圖顯示其技術(shù)流程


第一步還是用甲醛使細(xì)胞內(nèi)空間上靠近的DNA片段形成共價(jià)鍵蝗岖;然后用限制性內(nèi)切酶將染色質(zhì)片段化;第三步用生物趵浦粒化的核酸分子鏈接酶切形成的粘性末端抵赢,鏈接過程需要在稀釋的溶液中進(jìn)行,有助于形成分子內(nèi)鏈接;第四步純化并片段化DNA铅鲤,用鏈霉親和素的磁珠富集含生物趸幔化的junction片段;最后邢享,對(duì)收集到的junction片段進(jìn)行建庫并使用pair-end方法測(cè)序鹏往。

3. 分析步驟

Hi-C的優(yōu)勢(shì)在于其結(jié)合了二代測(cè)序,這勢(shì)必也使得其數(shù)據(jù)分析相對(duì)復(fù)雜了骇塘。目前比較成熟的數(shù)據(jù)分析流程大致包含6個(gè)步驟:

(1) 前期raw reads過濾(跟一般二代測(cè)序數(shù)據(jù)處理基本一致)
(2) 序列比對(duì)伊履。建議采用pair-end測(cè)序模式
(3) 定位酶切位點(diǎn)。比對(duì)尋找到reads pairs在基因組物理位置之后款违,通過插入片段大小的限制搜索reads pairs兩端每條read所對(duì)應(yīng)的最近的酶切片段唐瀑。酶切片段的位置代表了DNA交互產(chǎn)生的大致位置
(4) 篩選出有效的比對(duì)片段。配對(duì)的reads位于酶切位點(diǎn)兩端且mapped的方向相反
(5) 整合DNA 片段交互強(qiáng)度奠货。
(6) DNA片段交互矩陣標(biāo)準(zhǔn)化介褥。

分析流程可如下圖所示:


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