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Hi-C年度最佳CP大揭秘

2018-02-07

Hi-C开年动作不小,先有Science重磅破解有丝分裂期间染色体折叠之谜[1],随即大肠杆菌染色质构象形成见刊Cell[2],再到超高深度Hi-C重新解析果蝇基因组TAD结构发表Nature Communications[3],及Nature Plants在线发表棉花二倍体和四倍体三维基因组图谱[4],这些佳绩的取得除Hi-C发挥关键作用外,它的合伙人更是功不可没。“合伙人”这么多,到底谁才是年度最佳CP,且看小编为大家整理的2017年Hi-C和他“合伙人”的那些事儿。


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RNA-seq

头号CP,Hi-C刚出道就拉着RNA-seq一起发文章,至今不离不弃


一直以来,RNA-seq都是Hi-C的忠实伴侣,Hi-C技术通过与转录组联合分析,将结构特征与基因功能相关连,探索染色体结构变化与基因表达调控之间的关系,从基因调控网络的维度来阐述生物体性状形成的相关机制。


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Hi-C技术解析心力衰竭细胞系染色体构象特征[5]


High resolution mapping of chromatin conformation in cardiac myocytes reveals structural remodeling of the epigenomein heart failure


Circulation   IF:19.309


心力衰竭主要由心肌细胞的生物学变化引起,已有研究发现这一复杂的细胞功能故障是基因表达改变的结果,受转录因子和染色质重构酶影响。2017年7月,Hi-C携RNA-seq对负荷刺激诱导的心肌细胞系和CTCF功能缺失的小鼠心肌细胞系进行了高分辨率下染色质构象的互作研究,分析探讨了整个基因组结构对心力衰竭的影响。


此项研究的发表RNA-seq功不可没。通常A/B compartments的变化与基因表达正相关,A to B表明基因表达下调,B to A表明基因表达上调,该研究转录组数据显示,病变细胞系中A/B compartments发生改变的区域多数基因的表达调控发生变化,其中包括一些致病marker基因的激活,且在长距离互作的差异loops中,KEGG分析发现消失的loops中存在大量致病相关基因。


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图1 A/B compartments的变化与基因表达水平

WGS

近来新宠,没少抢头条


近年来WGS逐渐进入三维基因组学研究的视野,通过Hi-C技术与全基因组重测序联合分析,可探究三维染色质结构变化与基因组结构变异之间的联系,更好的解析疾病产生原因等生物学问题。


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癌症基因组三维结构与拷贝数变异之间的关系[6]


3D genome of multiple myeloma reveals spatial genome disorganization associated with copy number variations


Nature Communications    IF:12.124


2017年Hi-C与WGS联手,选用代表两种亚型的骨髓瘤细胞(近二倍体U266和近三倍体RPMI-8226)和正常B细胞(GM12878),对拷贝数变异(CNV)和三维基因组的关系进行了深入研究。


研究结果表明Hi-C数据可用于同时检测三维基因组和基因组拷贝数变异,结合Hi-C和WGS数据可以更精准地发现染色质易位事件。与正常细胞相比,骨髓瘤细胞中TAD的数量增加了25%,TAD的平均长度减小。CNV断点和TAD边界整体上有显著重合,预示着这些CNV可能帮助形成新的TAD而影响基因表达,或在TAD边界处的CNV断点更容易发生或被癌细胞克隆演化而选择。


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图2 CNV断点和TAD 边界的重合

ChIP-seq

合作这么久,少你可不行


作为研究体内蛋白与DNA相互作用的有力工具,ChIP-seq技术常用于转录因子结合位点或组蛋白特异性修饰位点的研究。ChIP-seq与Hi-C的碰撞已经制造了不少火花,由于不同开放程度的染色质区域、TAD边界区域通常会募集大量的转录因子和组蛋白修饰,因此将Hi-C与ChIP-seq数据进行联合分析,可从表观遗传网络来阐述生物体性状形成的相关机制。


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谱系特异的动态性和预先建立的增强子-启动子互作在表皮细胞终端分化中的协同作用[7]


Lineage-specific dynamic and pre-established enhancer-promoter contacts cooperate in terminal differentiation


Nature Genetics  IF:27.959 


2017年Hi-C联合ChIP-seq在全基因组范围内研究分离培养的人原代角质细胞分化过程中增强子与启动子的互作模式,确认了两种类型的增强子-启动子互作:一是获得型(gained)互作,在分化过程中增强,并与增强子获得H3K27ac活化标记一致;二是稳定型(stable)互作,在未分化细胞中已预先建立,增强子有H3K27ac的组成性标记,并与构象调节因子cohesin相关。且这两种互作均未在多能性细胞中检测到,提示了这种谱系特异的染色质结构在前体细胞中建立,并且在终末分化中重塑。


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图3 转录因子EHF与预先标记的H3K27ac元素相联系对于表皮分化至关重要

WGBS

全基因组甲基化是Hi-C交往不多的伙伴,不过已列入后期重点发展对象,潜力股,未来可期


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小鼠早期胚胎发育谱系分化过程中表观基因组动态调控[8]


Dynamic epigenomic landscapes during early lineage specification in mouse embryos


Nature Genetics  IF:27.959


2017年WGBS联合Hi-C一起解析小鼠早期胚胎发育谱系分化过程中表观基因组动态调控,系统阐述了哺乳动物早期谱系分化过程中表观遗传信息是如何建立和动态调控的。


通过检测早期胚胎发育过程中不同谱系染色质的高级结构,发现着床前胚胎父本基因组去甲基化及着床后胚外组织甲基化重建模式均与染色体高级结构区间(compartment)高度相关。并通过甲基化动态变化区域分析,鉴定了原肠期可能的基因表达调控元件如增强子及潜在的转录调控因子。


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图4 早期胚胎发育中不同组织的甲基化水平与染色体compartment 结构有关

 

看了小编的分享,小伙伴们是不是发现每一个“合作人”对Hi-C都很重要,Hi-C与任何“合伙人”联合都会碰撞出不一样的火花。现在的你有么有灵光乍现?那些年你测过的RNA-seq、WGS、ChIP-seq、WGBS还能继续发光发热,快去整理整理这些尘封的数据,给明年的实验做个规划吧~


*温馨提示:您的2017列车即将到站,请收拾好实验,准备下车。有结果没结果,回家过个开心年~

关于我们

安诺Hi-C专注三维基因组学研究。


01

研究领域

动物、植物、微生物

02

技术类型

标准Hi-C、Hi-C建库测序及小数据评估、1kb Hi-C、捕获Hi-C

03

分析全面

与RNA-seq、ChIP-seq、GWAS、WGS等多组学关联分析

04

文库经验

800+

05

物种经验

100+

06

在线项目

200+

07

文献产出

累计影响因子73.236。



[1]Gibcus J H, Samejima K, Goloborodko A, et al. A pathway for mitotic chromosome formation[J].Science. 2018. DOI:10.1126/science.aao6135

[2]Lioy V S, Cournac A, Marbouty M, et al. Multiscale structuring of the E. coli chromosome by nucleoid-associated and condensin proteins[J]. Cell.2018.DOI:10.1016/j.cell.2017.12.027

[3]Wang Q, Sun Q, Czajkowsky D M, et al. Sub-kb Hi-C in D. melanogaster reveals conserved characteristics of TADs between insect and mammalian cells[J]. Nature Communications. 2018.DOI:10.1038/s41467-017-02526-9

[4]Wang M, Wang P, Lin M, et al. Evolutionary dynamics of 3D genome architecture following polyploidization in cotton[J]. Nature Plants. 2018.DOI:10.1038/s41477-017-0096-3

[5]Rosa-Garrido M, Chapski D J, Schmitt A D, et al. High Resolution Mapping of Chromatin Conformation in Cardiac Myocytes Reveals Structural Remodeling of the Epigenomein Heart Failure[J]. Circulation.2017 ,136 (17) :1613

[6]Pengze Wu, Tingting Li, Ruifeng Li, et al. 3D genome of multiple myeloma reveals spatial genome disorganization associated with copy number variations[J]. Nature Communications, 2017 , 8 (1).

[7]Rubin A J, Barajas B C, Furlan-Magaril M, et al. Lineage-specific dynamic and pre-established enhancer-promoter contacts cooperate in terminal differentiation[J]. Nature Genetics, 2017.

[8]Y Zhang, Y Xiang, Q Yin, et al. Dynamic epigenomic landscapes during early lineage specification in mouse embryos[J]. Nature Genetics, 2017 , 50 (1).

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