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DLO-HiC三维基因组
人阅读 发布时间：2022-11-25 13:25
三维基因组简介 3D Genomes Introduction
什么是三维基因组？
每个人体内都有着两米长的DNA，它紧密折叠在直径 10 微米小的细胞核内。基因组的三维空间结构对基因组的表达、调控等功能有重要的影响。
基因组三维空间结构与功能的研究简称三维基因组学（ Three-Dimensional Genomics, 3DGenomics），指在考虑基因组序列、基因结构及其调控元件的同时，对基因组序列在细胞核内的三维空间结构，及其对基因转录、复制、修复和调控等生物过程中功能的研究。
细胞核中染色质折叠模型示意图 （引自 Ou HD, Phan S,Deerinck TJ, Thor A, Ellisman MH, O'Shea CC.ChromEMT: Visualizing 3D chromatin structure and compaction in interphase and mitotic cells. Science.2017;357(6349):eaag0025. ）
细胞核中染色质三维空间结构分解 （引自 Pueschel R, Coraggio F, Meister P. From single genes to entire genomes: the search for a function of nuclear organization[J]. Development, 2016 , 143 (6) :910.）
Hi-C技术简介 Hi-C Technology Introduction
什么是Hi-C？
2003 年，Job Dekker 提出了染色质构象捕获技术（Chromatin Conformation Capture, 3C），用于测定特定的点到点之间的染色质交互作用。2006 年，在 3C 技术基础上，Simonis M 开发了4C 技术（Circularized Chromatin Conformation Capture），用于测定一点到多点之间的染色质交互作用。Dostie 等人研发了 5C 技术（Carbon-Copy Chromatin Conformation Capture），用于测定多点到多点之间的染色质交互作用。为了能捕获全基因组范围的染色质相互作用，Job Dekker 开发出 Hi-C 技术，并将其应 用于揭示染色质的三维结构中。Hi-C 将线性距离远、空间结构近的 DNA 片段进行交联， 并富集交联的DNA 片段进行高通量测序，通过测序数据分析揭示染色质的远程相互作用， 推导基因组的三维空间结构和可能的基因间的调控关系。
Hi-C 实验流程示意图 （ 引自 Lieberman-Aiden E, van Berkum NL, et al. Comprehensive mapping of long-range interactions reveals folding principles of the human genome[J]. Science. 2009, 326(5950):289-93.）
Hi-C与三维基因组
Hi-C 技术可用于研究：1.染色质的层级结构（A/B compartments、TADs、Loops）；2. 关联基因组上原本分散的远距离调控元件与其具体调控区域；3. 解析基因的转录调控、增强子与启动子的作用机制；4. 协助发现疾病易感位点、DNA 损伤修复、基因组结构变异和表观遗传。
金开瑞 Hi-C 技术创新——DLO Hi-C 技术
武汉金开瑞生物工程有限公司技术顾问、华中农业大学教授曹罡课题组与华中农业大学李国亮教授课题组在国际著名期刊 Nature Genetic （ IF=38.33 ）上联合发表题为“ Digestion-ligation-only Hi-C is an efficient and cost-effective method for chromosome conformation capture”的研
究论文。该论文主要介绍了一种新的染色质构象捕获技术（Digestion-ligation-only Hi-C, DLO Hi-C），此技术信噪比高，能在早期进行质量控制，为解析基因组三维结构提供了一种新型、高效、经济的研究方法。
DLO Hi-C 技术方法
DLO Hi-C 染色质构象捕获技术设计了巧妙的酶切位点，采用同时酶切酶连的方式，将 DNA 接头连接在染色质内切酶切口末端上，然后进行邻近酶连，最后再用 MmeI 内切酶酶切消化，回收固定大小互作 DNA 片段。
金开瑞 Hi-C 技术创新——DLO Hi-C 技术
DLO Hi-C独门绝技——早期质量控制
消化后的染色质与两种半接头（接头 A 或接头 B）连接，如果发生分子内连接，那么接头连接后（A-A/B-B）就会形成Hind Ⅲ或 ClaI 酶切位点，而随机的分子间连接形成的噪音异二聚体（A-B/B-A）上没有限制酶切割位点。
DLO Hi-C 染色质构象捕获技术，具有以下优点：
1. 图谱分辨率高于传统 Hi-C 技术、DNase Hi-C 技术；
2. DLO Hi-C 简化 Hi-C 复杂的文库构建过程；
3. A/B compartments 数据、TADs 数据和 Loops 数据较优于其他 Hi-C 的衍生技术。
DLO Hi-C文献分享 Research Sharing
RUNX1-mediated alphaherpesvirus-host trans-species chromatin interaction promotes viral transcription.
期刊：Sci Adv. IF:14.14 发表时间：2021
使用伪狂犬病病毒 (PRV) 作为模型病毒，对感染后猪肾PK15细胞系进行了染色体构象捕获测定，以证明病毒和宿主之间的全基因组特异性跨物种染色质相互作用。发现了PRV 基因组由宿主 DNA 结合蛋白 RUNX1传递到开放染色质和活跃转录区。本研究使用了4C、DLO Hi-C、ChIP-seq、ATAC-seq、RNA-seq、DNA FISH等多种技术。
3D genome architecture coordinates trans and cis regulation of differentially expressed ear and tassel genes in maize.
期刊：Genome Biol. IF:10.81 发表时间：2020
使用 ATAC-seq 和ChIP-seq在玉米穗和流苏发育过程中识别出 56,055 和 52,633 个开放染色质区域 (OCR)，进一步使用DLO Hi-C在相应组织中以高分辨率系统地绘制染色质相互作用。连接 OCR 和基因的广泛染色质环为负责穗和流苏特异性基因表达的顺式和反式调节元件提供了 3D 视图。
分析结果展示 Analysis Result Display
项目内容 Project Content
什么是三维基因组？
每个人体内都有着两米长的DNA，它紧密折叠在直径 10 微米小的细胞核内。基因组的三维空间结构对基因组的表达、调控等功能有重要的影响。
基因组三维空间结构与功能的研究简称三维基因组学（ Three-Dimensional Genomics, 3DGenomics），指在考虑基因组序列、基因结构及其调控元件的同时，对基因组序列在细胞核内的三维空间结构，及其对基因转录、复制、修复和调控等生物过程中功能的研究。
细胞核中染色质折叠模型示意图 （引自 Ou HD, Phan S,Deerinck TJ, Thor A, Ellisman MH, O'Shea CC.ChromEMT: Visualizing 3D chromatin structure and compaction in interphase and mitotic cells. Science.2017;357(6349):eaag0025. ）
细胞核中染色质三维空间结构分解 （引自 Pueschel R, Coraggio F, Meister P. From single genes to entire genomes: the search for a function of nuclear organization[J]. Development, 2016 , 143 (6) :910.）
Hi-C技术简介 Hi-C Technology Introduction
什么是Hi-C？
2003 年，Job Dekker 提出了染色质构象捕获技术（Chromatin Conformation Capture, 3C），用于测定特定的点到点之间的染色质交互作用。2006 年，在 3C 技术基础上，Simonis M 开发了4C 技术（Circularized Chromatin Conformation Capture），用于测定一点到多点之间的染色质交互作用。Dostie 等人研发了 5C 技术（Carbon-Copy Chromatin Conformation Capture），用于测定多点到多点之间的染色质交互作用。为了能捕获全基因组范围的染色质相互作用，Job Dekker 开发出 Hi-C 技术，并将其应 用于揭示染色质的三维结构中。Hi-C 将线性距离远、空间结构近的 DNA 片段进行交联， 并富集交联的DNA 片段进行高通量测序，通过测序数据分析揭示染色质的远程相互作用， 推导基因组的三维空间结构和可能的基因间的调控关系。
Hi-C 实验流程示意图 （ 引自 Lieberman-Aiden E, van Berkum NL, et al. Comprehensive mapping of long-range interactions reveals folding principles of the human genome[J]. Science. 2009, 326(5950):289-93.）
Hi-C与三维基因组
Hi-C 技术可用于研究：1.染色质的层级结构（A/B compartments、TADs、Loops）；2. 关联基因组上原本分散的远距离调控元件与其具体调控区域；3. 解析基因的转录调控、增强子与启动子的作用机制；4. 协助发现疾病易感位点、DNA 损伤修复、基因组结构变异和表观遗传。
金开瑞 Hi-C 技术创新——DLO Hi-C 技术
武汉金开瑞生物工程有限公司技术顾问、华中农业大学教授曹罡课题组与华中农业大学李国亮教授课题组在国际著名期刊 Nature Genetic （ IF=38.33 ）上联合发表题为“ Digestion-ligation-only Hi-C is an efficient and cost-effective method for chromosome conformation capture”的研
究论文。该论文主要介绍了一种新的染色质构象捕获技术（Digestion-ligation-only Hi-C, DLO Hi-C），此技术信噪比高，能在早期进行质量控制，为解析基因组三维结构提供了一种新型、高效、经济的研究方法。
DLO Hi-C 技术方法
DLO Hi-C 染色质构象捕获技术设计了巧妙的酶切位点，采用同时酶切酶连的方式，将 DNA 接头连接在染色质内切酶切口末端上，然后进行邻近酶连，最后再用 MmeI 内切酶酶切消化，回收固定大小互作 DNA 片段。
金开瑞 Hi-C 技术创新——DLO Hi-C 技术
DLO Hi-C独门绝技——早期质量控制
消化后的染色质与两种半接头（接头 A 或接头 B）连接，如果发生分子内连接，那么接头连接后（A-A/B-B）就会形成Hind Ⅲ或 ClaI 酶切位点，而随机的分子间连接形成的噪音异二聚体（A-B/B-A）上没有限制酶切割位点。
DLO Hi-C 染色质构象捕获技术，具有以下优点：
1. 图谱分辨率高于传统 Hi-C 技术、DNase Hi-C 技术；
2. DLO Hi-C 简化 Hi-C 复杂的文库构建过程；
3. A/B compartments 数据、TADs 数据和 Loops 数据较优于其他 Hi-C 的衍生技术。
DLO Hi-C文献分享 Research Sharing
RUNX1-mediated alphaherpesvirus-host trans-species chromatin interaction promotes viral transcription.
期刊：Sci Adv. IF:14.14 发表时间：2021
使用伪狂犬病病毒 (PRV) 作为模型病毒，对感染后猪肾PK15细胞系进行了染色体构象捕获测定，以证明病毒和宿主之间的全基因组特异性跨物种染色质相互作用。发现了PRV 基因组由宿主 DNA 结合蛋白 RUNX1传递到开放染色质和活跃转录区。本研究使用了4C、DLO Hi-C、ChIP-seq、ATAC-seq、RNA-seq、DNA FISH等多种技术。
3D genome architecture coordinates trans and cis regulation of differentially expressed ear and tassel genes in maize.
期刊：Genome Biol. IF:10.81 发表时间：2020
使用 ATAC-seq 和ChIP-seq在玉米穗和流苏发育过程中识别出 56,055 和 52,633 个开放染色质区域 (OCR)，进一步使用DLO Hi-C在相应组织中以高分辨率系统地绘制染色质相互作用。连接 OCR 和基因的广泛染色质环为负责穗和流苏特异性基因表达的顺式和反式调节元件提供了 3D 视图。
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