首頁集團概況技術專題

IF=11.878，果蠅助攻，一文帶你讀懂Hi-C～

信息來源：金開瑞作者：genecreate 發布時間：2020-06-01 16:39:59

關于Hi-C

Hi-C(High-through chromosome conformation capture)技術源于染色體構象捕獲（Chromosome conformation capture, 3C）技術，以整個細胞核為研究對象，利用高通量測序技術，結合生物信息分析方法，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。

（引自Pueschel R, Coraggio F, et al. From single genes to entire genomes: the search for a function of nuclear organization. Development , 2016 , 143 (6) :910）

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：A/B compartment、拓撲相關結構域（TAD）、染色質環（loop）。

● A/B compartment（常染色質/異染色質）具有組織、時期、狀態特異性，在不同組織或不同時期或疾病狀態間能夠發生轉換，這種轉換和基因表達調控有一定關系。當染色體上某區域發生A/B compartment轉化，會影響其中的基因的轉錄活性，通常B compartment轉換為A compartment的區域相關基因大多表達上調，而A compartment轉換為B compartment的區域相關基因則下調。

● TAD（拓撲相關結構域）是一段具有折疊結構的DNA序列，是基因組在空間結構中的基本組織形式。TAD內部的互作頻率會顯著高于毗鄰的兩個區域之間的互作頻率，TAD結構在不同時空下（組織、發育階段、狀態等）具有一定的保守性，同時也存在一些動態變化。

● loops是DNA在CTCF等蛋白質的介導下形成遠距離互作，同樣loop結構在不同時空下（組織、發育階段、狀態等）會有一些動態變化，且通過loop錨定的位點中包含啟動子、增強子、沉默子等，當發生loop結構的動態變化，如新形成或消失，在一定程度上會影響基因的調控。

Hi-C經典高分文獻解讀

題目：Global chromatin conformation differences in the Drosophila dosage compensated chromosome X.

期刊：Nat Commun

影響因子：11.878

主要技術：Hi-C

研究背景

劑量補償（DC）是在不同性別具有不同核型的物種中負責平衡性染色體轉錄輸出的過程。在果蠅中，DC是通過雄性染色體X（chrX）活性基因表達上調兩倍來實現的。整個過程由雄性特異性致死（MSL）復合物（包括蛋白質和非編碼RNA），也稱為劑量補償復合物（DCC）統籌安排。其他模型生物的研究表明，DC和基因組的3D區室化之間存在相互作用。在胎盤哺乳類動物中，DC導致雌性X染色體的一個拷貝（chrX）沉默，是表觀遺傳調控研究最多的例子之一。黑腹果蠅中涉及的轉錄平均增加了兩倍，與其他全染色體范圍協調轉錄調控（例如哺乳動物DC）相比，可以預測DC在chrX結構中產生的變化較小。

作者使用Hi-C檢測黑腹果蠅中劑量補償的chrX的3D染色質結構，首先證明劑量補償的chrX參與了更多的中距離和遠距離接觸；其次，雄性和雌性結構域差異主要位于chrX上，并且結構域邊界處絕緣減弱與DC機制有關。這些邊界還與絕緣體（BEAF-32、CP190或Chromator）相關，它們參與了性染色體的遠程交互。已知DCC輔助因子CLAMP是通過增強可及性參與組織染色質結構，在這些邊界附近觀察到不同的CLAMP結合信號。最后，觀察到雄性活躍基因附近的邊界之間遠程互作比在雌性中更高。

研究結果

1、chrX互作的全局差異

作者在按性別分類的16–18 h發育階段的胚胎使用Hi-C技術，驗證雄蠅中經劑量補償的chrX是否具有不同的3D結構。首先研究雄性和雌性chrX在整體互作模式上的差異，發現在中/遠距離（500 kb–1 Mb）雄性與雌性Hi-C信號比增加，其中許多互作矩陣中的點在雄性chrX中信號更高（圖1a）。

作者觀察到，在交互頻率與距離的對數圖中，同一數據集中chrX線是雄性和雌性樣本之間唯一的區別。隨著距離的增加，chrX線逐漸遠離常染色體，但這在雌性樣品中未觀察到。表明相互作用的頻率隨距離的衰減較慢，這的確會導致中/遠距離的相互作用頻率相對較高。

圖1 雄性chrX中距離/遠距離的互動頻率更高

2、互作模式顯示雄性chrX可及性更高

由于單拷貝雄性chrX產生的讀數比雙拷貝雌性chrX相對較少，因此預期這會在互作的數量上產生偏差。為了克服此限制，作者設計了一種非參數方法來比較互作模式。由于DCC作用，劑量補償的chrX顯示出轉錄活性增加。結果表明，在雄性chrX中觀察到的互作衰減的差異斜率（圖 1b）可以通過缺乏配對的同源染色質和更具活性的染色質來解釋。配對的雄性chrX是一種更加靈活和活躍的染色質，即使在長距離下也容易出現隨機波動和相互作用。模擬數據中的差異幅度小于實驗數據中的差異，并且僅在距離更長（≥5 Mb）時才觀察到，證明僅配對不足以解釋觀察到的模式，染色質可及性的局部變化可能有助于解釋互作分布的差異。

圖2雄性chrX中的順式互作更分散，反式互作更多

3、結構域的局部差異

為研究劑量補償的chrX是否也可能在結構域上顯示差異，作者分析了TAD。比較結構域邊界時，相對于常染色體，chrX中觀察到更大比例的不匹配結構域邊界（圖 3a），這些差異的一小部分被稱為TAD邊界中的短程移動。作者開發了一種結構化的結構域邊界調用過程，稱為本地分數區分符（LSD）。作者將LSD應用于Hi-C矩陣，并在chrX上確定了851個邊界，ChrX始終顯示出高比例的結構域邊界不匹配。

圖3 不同性別的ChrX特異TAD邊界不同

4、劑量補償機制和絕緣子結合

作者研究DC的分子機制如何與雌性和雄性ChrX之間的結構差異有關，將結構域邊界之間的差異定性分類為相同（不變），出現（雌性不存在但在劑量補償的雄性中發現的邊界）或消失（在雌性中檢測到但雄性不存在的邊界）。在chrX中檢測到的851個邊界中，有377個（44.3％）邊界被標注為相同，出現的邊界為174個（20.4％），消失的邊界為300個（35.3％）。作者觀察到靠近消失的結構域邊界的MSL富集的結合位點，以及CLAMP（MSL結合因子）的富集。作者進一步研究了MSL和CLAMP結合位點與結構域邊界之間的距離關系，與前人的研究相似，包含BEAF和CP / CH峰的消失邊界在附近具有更多MSL和CLAMP結合位點。

作者又研究絕緣子結合的差異是否是雄性和雌性結構域邊界的差異，通過全基因ChIP富集結構域邊界包含或接近的絕緣子峰，相同和消失的結構域邊界類別在雄性和雌性細胞上均顯示出相似的模式，而出現的邊界絕緣子峰的密度更低，結果未顯示出絕緣子的結合與不同性別之間結構域邊界的局部差異之間存在明顯的相關性。作者根據BEAF-32、CP190和Chromator的富集信號水平對結構域邊界進行了重新分類，觀察結果表明，三個關鍵的絕緣子（BEAF-32、CP190、Chromator）與所有染色體的遠程互作網絡相關。chrX特異性絕緣子的差異與MSL和CLAMP的結合有關，這表明DC與局部染色質區室化差異之間存在關聯。

圖4 結構域邊界的變化與劑量補償功能有關

5、結構域絕緣差異和染色質可及性

為了闡明結構域邊界處較低絕緣與DC之間的關聯，作者研究了敲除和未敲除特定DCC成分或輔因子的胚胎與雄性和雌性細胞系中染色質的可及性。結果表明，絕緣子結合染色質區參與長距離相互作用，顯示雄性特異性chrX隔離較低。雄性chrX通常在這些位點可及性更高，在這些區域附近優先發現活躍的基因，并且此類基因在TSSs附近雄性的可及性高于雌性。作者的研究表明與DC相關的染色質可及性的局部變化反映在Hi-C接觸數據中，特定區域邊界周圍的絕緣性較低。

圖5 獨立數據集顯示選定邊界的可及性更高

圖6 MSL關聯了BEAF +和CP / CH +邊界附近的CLAMP

總結

為平衡不同性別之間的轉錄輸出，雄性果蠅單個X染色體轉錄上調平均進行兩次。之前的研究假設這一過程可能伴隨染色體結構的整體變化，但是最近基于Hi-C的研究未能發現這些差異。通過利用自定義數據分析使用按性別分類的胚胎以及分析雄性和雌性細胞系上的Hi-C數據，作者研究表明染色質全局構象差異特別存在于雄性X染色體中，作者發現雄性X染色體具有更多的中/遠距離相互作用。作者還確定了包含BEAF-32協同CP190或Chromator的結構域邊界的差異，雄性X染色體中結構域邊界減弱以及劑量補償復合物結合輔助因子CLAMP，可增強染色質的可及性。總之，作者的數據強烈表明X染色體劑量補償會影響整體染色體結構。

關于我們

武漢金開瑞生物工程有限公司提供的DLO Hi-C技術，是一種創新的染色質構象捕獲技術，此技術信噪比高，質量控制于早期，為解析基因組三維結構提供了一種新型、高效、經濟的研究方案。

我們的技術優勢

1.微量細胞建庫：正常建match庫與生信分析的樣本量可低至10萬個核。

2.高成功率：細胞樣本文庫構建成功率幾乎為100%。

3.建庫周期短：只需執行兩輪簡單的消化和連接步驟即可獲得高質量的文庫。

4.數據更準確：測序前質檢，確保數據準確性

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

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，分析更準確。

7. 量身定制個性化分析方案：提供DLO Hi-C的標準分析外，更注重與RNA-Seq、ChIP-Seq、ATAC-Seq和甲基化等多組學表觀遺傳分析，提供個性化的生信分析方案。

上一條：專題講座|經典互作，大有作為

下一條：國家自然科學基金撰寫思路與注意事項講座

4480YY私人影院免费无码,九九热视频这里只有精品,亚洲无线乱码高清在线观看一区

IF=11.878，果蠅助攻，一文帶你讀懂Hi-C～