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Nature重磅 |聚焦安诺Hi-C: 揭秘小鼠失活X染色体结构特征

2016-07-25

Hi-C 安诺 nature.jpg



2016年7月18号,安诺优达与法国居里研究所等机构合作,利用Hi-C技术解析了小鼠失活X染色体结构特征,相关的研究成果发表在国际顶级期刊Nature上。


X染色体失活(XCI)引起X染色体结构重塑,转变成沉默的异染色质;在雌性哺乳动物发育中,X染色体失活由两条X染色体中一条的非编码RNA Xist发生上调引起。

本文在小鼠神经前体细胞(NPCs)和胚胎干细胞中,研究了失活X染色体的结构和基因表达情况;发现在失活的X染色体结构重塑中Xist和含有DXZ4边界发挥着重要作用,在失活的X染色体中,除了“逃脱”沉默的基因附近,其他位置失去了有活性和失活的区室(compartmentA/B)以及拓扑结构域(TADs)。


材料和方法


材料:小鼠高度多态性克隆神经前体细胞(NPCs)和胚胎干细胞
方法:Hi-C测序、ATAC-seq和RNA-seq
信息分析:CompartmentA/B 分析;TAD分析;Hi-C和RNA-seq联合分析。


研究结果


1
失活X染色体的结构特征


为了研究失活X染色体的结构,选取来源于高度多态性F1代小鼠胚胎干细胞的神经前体细胞做等位基因特异的Hi-C分析。首先,在胚胎干细胞中做Hi-C分析,ES细胞中还没有发生X染色体沉默;发现活跃的X染色体含有明显的活跃、失活区室化(compartment A/B),也没有拓扑结构域结构(TADs)(图1)。

图1 胚胎干细胞染色质三维结构特征.png

图1 胚胎干细胞染色质三维结构特征


但是,在失活的X染色体中没有A/B compartment(图1),而是由含有DXZ4微卫星的200kb铰链区域分割成两个大的相互作用区域;此外,在失活的X染色体中也没有拓扑结构域(TADs)(图2)。

图2 失活的X染色体结构特征.png

图2 失活的X染色体结构特征


2
FISH技术在单细胞水平验证失活X 染色体的结构


利用DNA荧光原位杂交技术(FISH),在单细胞水平研究一个Mb级区域内(探针a-b)和跨区域(探针b-c)的染色质空间结构;虽然细胞之间有很大的差异,但是在一个Mb级别结构域内,与活跃X染色体相比,失活的X染色体有更强的重叠;但是,在跨域边界的区域中,失活的X染色体重叠弱些(图3)

图3 FISH验证失活X染色体的结构特征.png

图3 FISH验证失活X染色体的结构特征


3
Xist在失活X染色体特殊的三维结构重塑中的作用


在未分化的雄性小鼠ES细胞中诱导Xist表达,Hi-C分析发现诱导Xist 48小时导致X染色体结构发生明显变化(图 4a-b);但是在不含A重复区域的Xist突变样品中,基因不发生沉默,染色体三维结构没有变化。野生型Xist诱导不会导致TAD结构的显著改变,但是会导致染色体相互作用频率的增加(图4d),Mb级别的结构域分割边界用RNA/DNA FISH验证是正确的(图4c)。


图4 Xist在失活X染色体特殊的三维结构重塑中的作用.png


图4 Xist在失活X染色体特殊的三维结构重塑中的作用



Hi-C作为安诺优达特色技术,不断探索不断创新


可以揭示染色体三维结构,且可用于辅助组装


从群体细胞Hi-C、1kb Hi-C、捕获Hi-C


单细胞Hi-C拓展到Hi-C辅助组装


物种经验跨越动植物及微生物


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