重测序- Hi-C技术新方向

Hi-C多组学研究意义

Hi-C多组学技术路线

Hi-C多组学代表文献

Hi-C多组学案例解析

图1 癌细胞与正常细胞的TAD比较

图2 特有的TAD边界与CNV的联合分析

物 种

人[1]

人[2]

哺乳动物[3]

果蝇[4]

发表时间

2016.04

2014.08

2014.04

2013.05

期 刊

Genome Research

Genes & Development

Nat Rev Genet

Molecular Cell

IF

11.351

10.042

36.978

14.018

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应用

Hi-C和转录组联合分析揭示正常细胞与前列腺癌细胞之间的差异。

Hi-C和转录组联合分析揭示激素处理前后的乳腺癌细胞的差异。

Hi-C和转录组联合分析揭示蛋白CTCF对转录调控的影响。

Hi-C和转录组联合分析揭示绝缘子在空间上的作用。

Hi-C技术与转录组联合分析，可以扩宽研

究的角度和深度，探索细胞中三维染色质

结构变化与基因表达调控之间的关系。

Hi-C技术与全基因组重测序联合分析，可以探究三

维染色质结构变化与基因组大结构变异之间的联

系，更好的解析疾病产生的原因等生物学问题。

Hi-C技术与全基因组重测序、转录组联合分

析能够在DNA、RNA以及三维空间结构

上，以多视角的层面揭示各类生物学问题。

研究背景

癌细胞中产生CNVs和染色体易位等基因组结构改变是非常常见的，这些改变伴随着基因表达的调控异常。表观遗传的改变在癌细胞中也是非常普遍的，并且包含DNA甲基化调控的改变、核小体位置以及组蛋白修饰的改变。但是，癌细胞基因组、表观组和转录组之间的关系还处在研究初期。

研究结论

本研究通过Hi-C技术与全基因组重测序、转录组测序等联合分析，采用多组学研究策略提供了研究癌细胞中CNV变异、基因组调控异常以及高阶的染色质互作之间关系的新视角，为研究其他生物学现象奠定了基础。

研究结果

方法流程

材料选择正常前列腺上皮细胞PrEC和2个前列腺癌细胞系（PC3和LNCaP）。

建库测序Illumina HiSeq 2500测序，PE100，6碱基酶进行酶切，共获得46.1亿个reads。

信息分析 1. 正常细胞与癌症细胞的TAD比较。

2. 正常细胞和癌细胞互作的比较。

3. 正常细胞和癌细胞CNV的比较。

4. 癌细胞特有的TAD、CNV、互作与转录组、表观组数据结合分析。

癌细胞中，TADs 更小，数量更多。

以40kb分辨率分别对三个细胞系进行TAD的鉴定。

PrEC细胞中鉴定出317 TADs, 平均大小7.86Mb；PC3

细胞中鉴定出622个TADs, 平均大小3.92Mb；LNCaP

细胞中鉴定出1111个TADs，平均大小2.32Mb;结果显

示，TADs的大小在两种前列腺癌细胞中都要比正常细

胞小（图1）。

癌细胞中CNV与新的TAD边界的形成有关。

公认的是，前列腺癌细胞基因组经常发生大结构变异。为

了检测癌细胞中的CNV是否与癌细胞特有的TAD边界有

关，研究者发现约70%的CNVs是两种癌细胞（LNCaP

和PC3）共有的，并且位于癌细胞特有的TAD边界处。

例如：17p13.1 癌细胞特有的deletion与一个新的TAD

边界的形成相关，并且导致局部区域的互作。值得关注

的是，这个位置刚好存在肿瘤抑制基因TP53，并且几乎

在所有的前列腺癌细胞中都发生了缺失（图2）。

多组学揭示癌细胞染色质局部改变

前列腺癌细胞表观遗传重塑可能发生在大的边界，这些

边界包含转录解除抑制的区域，这些区域也包括邻近的

基因。值得关注的是，伴随着远程表观解除抑制的基因

表现出单向的表达类型DNA是可以展示出不同的染色质

标签，暗示着在前列腺癌细胞中染色质局部的改变和异

常的染色质互作可能与远程表观遗传激活（LREA）和抑

制（LRES）有关。

例如，正常的PrEC和LNCaP癌细胞之间特有互作与表观

遗传标签位于LRES区域内。通过RNA-seq显示，正常

细胞中约1Mb区域（Chr:207,900,000-209,800,000）

有基因PLXNA2,MIR205 and CAMK1G 是激活状态，但

是在癌细胞中这个区域是沉默的。

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