2017Hi-C亮点研究TOP10
2017.09.18 安诺基因

前段时间利用二代、三代、Bionano、Hi-C测序数据组装获得的苦荞基因组文章的在线发表(聚焦 | 安诺合作的植物Hi-C文章见刊了~)又激起了科研圈的千层浪,科研工作者们将目光聚焦到了Hi-C技术上。“工欲善其事,必先利其器”,想利用Hi-C技术,需先了解这项技术。这不,今天小编为大家盘点了近期发表在国际顶级期刊上的高分Hi-C文章,文献学习走起~



疾 病 研 究


1

人和小鼠心肌细胞染色质构象的高分辨率图谱揭示心力衰竭表观基因组的结构重塑[1] 

2017.8.11 Circulation 

(IF=19.309)


Vondriska TM实验室利用5kb分辨率全基因组捕获Hi-C与DNA测序联合,研究心脏特异性敲除CTCF小鼠心肌细胞,揭示CTCF元件缺失和心肌压力超负荷能大幅减少loops 结构,重塑loops 内部互作,扰乱基因转录调控,导致功能元件与区域染色质的互作明显减弱。此研究对于心力衰竭的表观治疗具有关键意义。


2

前列腺癌中早发体细胞突变的遗传决定因素[2] 

2017.6.29 Nature Communication 

IF=12.124


Demichelis F实验室发明了一种新的计算方法从目前的RNA-seq数据库中寻找可能引起前列腺癌(PCa)的早发性体细胞变异及其调控的靶基因,发现非编码的多态性调节元件7p14.3位点,并利用Luciferase assay、CRISPR-Cas9与RNA-seq技术验证7p14.3变异位点的转录调节活性及其靶基因,然后通过Hi-C分析7p14.3位点与其调控基因的结构相关性。此研究揭示了7p14.3位点的多态性可能通过雄性激素依赖的DNA损伤修复功能影响前列腺癌的致病倾向。


3

染色体互作连接位点与自闭症、体重指数和头围表型相关[3] 

2017.6.22 Molecular Psychiatry 

IF=13.204


Reymond A实验室通过4C-seq、FISH和Hi-C确认了染色体16p11.2上两个CNV(拷贝数变异)倾向的区域:16p11.2远端BP2-BP3间220 kb区域和16p11.2 近端BP4-BP5间600 kb区域影响染色质的成环作用,并且影响区域所含基因的协调表达和调控,提示染色质互作异常参与孤独症谱系障碍(autism spectrum disorders)、肥胖/体重不足及巨头/小头畸形的表型,并且确认了与类似表型相关的在基因组其他区域的顺式及反式染色体互作,此研究表明染色体互作图谱可以揭示功能和临床诊断相关的基因。


4

影响睾丸生殖细胞肿瘤易感性的19个新的风险位点和可能的调节机制的确认[4]

2017.6.12 Nature Genetics

IF=27.959


Turnbull C实验室利用Hi-C与GWAS联合研究睾丸生殖细胞肿瘤(TGCTs)中的SNPs,确认了19个新的风险位点,将TGCTs风险SNPs位点增加至44个。通过对 44个TGCTs风险SNPs与候选的疾病基因进行互作网络分析,发现TGCTs的易感基础是发育转录调控因子的大范围紊乱导致的。该文章建立了多基因的TGCTs风险模型,为理解TGCTs疾病的分子机制提供了生物学基础。



发 育 研 究


1

哺乳动物成熟配子中染色体的三维结构和胚胎发育中的结构重排[5] 

2017.7.13 Cell

(IF=30.410)


中科院基因组所刘江实验室利用优化的少量细胞样品Hi-C技术,研究小鼠配子和早期胚胎中染色质的3D结构特征,发现MII卵母细胞没有TADs而在精子中普遍存在超远程的染色体相互作用,受精卵和2细胞时期胚胎中染色体高级结构几乎不存在。随着受精卵发育,染色体高级结构逐渐建立起来,且不依赖于受精卵基因组转录的激活,而是依赖于基因组的复制。此研究揭示了哺乳动物染色质结构特征和早期发育中染色质结构发生全面的重编程过程。


2

哺乳动物早期发育过程等位基因的染色质3D结构重编程[6] 

2017.7.12 Nature

(IF=40.137)


清华大学颉伟实验室通过低起始量Hi-C方法,研究小鼠卵母细胞和植入前胚胎发育中染色质的结构特征,发现精子保有而MII期卵母细胞缺乏经典的染色体TADs和compartments。染色体三维结构在受精后首先呈现出一种极其松散的状态,两套亲本基因组在空间上部分分离且染色体compartments不同,差异持续到8细胞期。在随后的胚胎早期发育过程中染色质高级结构逐步以亲本特异的方式建立和成熟,并且不完全依赖于合子基因组的转录激活。



结 构 研 究


1

在拟南芥种间杂交体中染色质压缩和组蛋白甲基化修饰改变引起非叠加作用的基因表达[7]

2017.8.22 Genome Biology

(IF=11.908)


两个不同基因组的融合可以得到与两亲本表型差异很大的杂交后代。在植物中,杂交体中形成非叠加作用的新表型的详细机制还不清楚。Liu C实验室利用RNA-seq、ChIP-seq、Hi-C与DNA甲基化测序方法,研究在Arabidopsisthaliana 和A. lyrata两种拟南芥的种间杂交体中,亲本来源为何影响基因表达,通过比较杂交体和亲本中染色质包装的模式和表观图谱,发现在杂交体中A.thaliana来源的染色质变得更加致密,而A. lyrata来源的染色质并没有;杂交体中除了转座子富集区域CHH DNA甲基化水平更高之外, 大部分DNA甲基化和H3K27me3堆积的模式未改变,而A.thaliana中H3K27me3标记的基因很可能在杂交体和亲本中的表达不一样。


2

谱系特异的动态的和预先建立的增强子-启动子互作在人表皮细胞终末分化中的协同作用[8] 

2017.8.14 Nature Genetics

(IF=27.959)


Khavari PA实验室利用捕获Hi-C联合ChIP-seq技术,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,并与经典的构象调节因子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组织的前体细胞中建立,并且在终末分化中重塑。


3

拟南芥基因组在细胞核周区域非随机结构域的组织结构[9]

2017.7.27 Genome Research

(IF=11.922)


目前细胞核已被证明是一个不均一的生化环境,LADs(lamin-associated domains,核纤层蛋白相关区域)作为转录抑制的染色质区域也已在动物中被广泛研究。Liu C实验室采用Hi-C、ChIP-seq及甲基化测序等方法对拟南芥细胞核周区域染色质的非随机结构域进行研究,发现了类似的现象:锚定细胞核周区域的染色体富集了沉默的蛋白编码基因、基因转座子元件和异质性染色质标记构成一个抑制性的环境,并且这些区域在不同组织中相对保守。此外还揭示了一个不同的转座子沉默调节的DNA甲基化通路的空间区室。此研究证明了拟南芥细胞核空间的功能划分。


4

染色体结构蛋白Cohesins和condensins调控酵母染色体在细胞周期中的4D动态[10]

2017.7.20 Embo Journal

(IF=9.792)


Koszul R实验室利用Hi-C技术研究染色体结构蛋白(structural maintenance of chromosomes,SMC)复合物cohesin(黏连蛋白)和condensin(凝聚蛋白)在酿酒酵母细胞分裂整个细胞周期中的作用,对酿酒酵母基因组的高级结构组织进行全面的4D分析,并揭示了SMC复合体在控制染色体结构转变中的作用。此研究全面概述了在一个单细胞真核生物中细胞周期依赖的染色体动态,也揭示了在高度保守的细胞分裂步骤中染色体结构重排的新特征。



从近期发表的文章中可以看到,Hi-C技术与RNA-seq、ChIP-seq、DNA甲基化测序及基因组测序联合,越来越多地被应用于人和动物疾病发生机制和发育机制、及植物表型分子机制和微生物的研究中,不知道这些文章是否为已经把各种测序各种组学做了一遍,依然缺少了不知从哪个角度解释的您,提示了一个新的思路呢?

 

参考文献:


[1]Rosagarrido M, Chapski D J, Schmitt A D, et al. High resolution mapping of chromatin conformation in cardiac myocytes reveals structural remodeling of the epigenome in heart failure[J]. Circulation, 2017:CIRCULATIONAHA.117.029430.

[2]Stringa B. Inherited determinants of early recurrent somatic mutations in prostate cancer[J]. Nature Communications, 2017, 8(1):48

[3]Loviglio M N, Leleu M, Männik K, et al. Chromosomal contacts connect loci associated with autism, BMI and head circumference phenotypes[J]. Molecular Psychiatry, 2017, 22(6):836.

[4]Litchfield K, Levy M, Orlando G, et al. Identification of 19 new risk loci and potential regulatory mechanisms influencing susceptibility to testicular germ cell tumor[J]. Nature Genetics, 2017, 49(7):1133-1140.

[5]Ke Y, Xu Y, Chen X, et al. 3D Chromatin Structures of Mature Gametes and Structural Reprogramming during Mammalian Embryogenesis[J]. Cell, 2017, 170(2):367-381.

[6]Du Z, Hui Z, Bo H, et al. Allelic reprogramming of 3D chromatin architecture during early mammalian development[J]. Nature, 2017, 547(7662):232-235.

[7]Zhu W, Hu B, Becker C, et al. Altered chromatin compaction and histone methylation drive non-additive gene expression in an interspecific Arabidopsis hybrid[J].Genome Biology, 2017, 18(1):157.

[8]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.

[9]XiuliBi, Ying-Juan Cheng, Bo Hu, et al. Nonrandom domain organization of the Arabidopsis genome at the nuclear periphery [J]. Genome Research,2017, 27:1162–1173.(IF=11.922)

[10]Lazarstefanita L, Scolari V F, Mercy G, et al. Cohesins and condensins orchestrate the 4D dynamics of yeast chromosomes during the cell cycle[J].Embo Journal, 2017:e201797342.



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