Hi-C是2009年提出的染色體構象捕獲結合高通量測序的一種技術（Erez Lieberman-Aiden, et al,Science），是衍生于染色體構象捕獲技術（3C）的高通量技術，實現(xiàn)了全基因組范圍內(nèi)的染色體片段間的相互作用的捕獲檢測。作為染色體三維構象與互作研究的利器，Hi-C技術廣泛應用于腫瘤/疾病發(fā)生發(fā)展機制、分化發(fā)育機制、畸變機制等研究。
同樣源于3C的用以研究染色體互作的技術還包括4C（“circular?3C”或“3C-on-Chip”）、5C（Chromosome?conformation?capture?carbon?copy）?、ChIA-PET（chromatin?interaction?analysis?by?paired-end?tag?sequencing）?，不同的3C衍生技術的區(qū)別在于捕獲的連接片段檢測和定量方式。
3C：經(jīng)典的3C實驗中，通過基因座特異性引物PCR檢測單個連接產(chǎn)物，大多數(shù)3C通常僅能分析幾十到幾百Kb染色質之間的相互作用，通量低，費時費力——one?vs?one。
4C：使用反向PCR產(chǎn)生單基因座的全基因組相互作用圖，研究已知DNA片段（bait）與全基因組未知DNA片段之間的互作——one?vs?all。
5C：基于3C的基本原理，結合連接介導的擴增?（ligation-mediated?amplification，LMA）來增加3C檢測的通量，識別兩組大量位點之間并行的數(shù)百萬個相互作用，例如一組啟動子和一組遠端調控元件之間的互作——many?vs?many。
ChIA-PET：對感興趣的蛋白質結合位點之間的遠程互作進行全基因組分析。
Hi-C：提供了一個真正全基因組范圍的相互作用圖譜（該圖譜的分辨率取決于測序的深度）——all?vs?all。
Hi-C之技術流程
Hi-C的主要原理是將空間結構臨近的DNA片段進行交聯(lián)，并將交聯(lián)的DNA片段富集，然后進行高通量測序，對測序數(shù)據(jù)進行分析，即可揭示染色體片段間的交互信息，闡述染色體三維構象。
（Rao S S,et al.,Cell）
Hi-C與普通二代測序（如全基因組重測序等）最大的區(qū)別在于前期建庫時對構象的固定與捕獲，Hi-C文庫制備流程主要包括甲醛交聯(lián)、細胞裂解、內(nèi)切酶酶切、末端修復及生物素標記、片段連接、捕獲帶生物素標記的片段、文庫質檢等步驟。Hi-C文庫質量受多種因素影響，如細胞裂解劇烈程度、細胞裂解期間的蛋白酶抑制劑含量等，Hi-C文庫質量直接影響后續(xù)的有效數(shù)據(jù)產(chǎn)出。
因而Hi-C技術難度較高的主要難點就在于建庫，大多數(shù)公司在建庫這一環(huán)節(jié)就已經(jīng)被排除門外，有些公司雖然能做但也可能需要多次建庫。百邁客Hi-C標準建庫流程已申請國家專利，我們致力于將Hi-C打造成類似于轉錄組一樣技術成熟的產(chǎn)品，成為功能基因研究的好幫手。
百邁客一直保持著近100%的建庫成功率，即使是次生代謝物種類較多的建庫難度大的植物，百邁客的一次建庫成功率在97%以上，不僅如此，憑借一定的技術優(yōu)勢和項目經(jīng)驗，BMK已經(jīng)幫助客戶解決了某些Hi-C“疑難雜癥”，并助力客戶的科研進展。
合格的Hi-C文庫對于提升有效數(shù)據(jù)量具有重要作用，因此有效Hi-C數(shù)據(jù)量的高低會直接反映Hi-C文庫建庫質量的高低，主要從Valid?Interaction?Pairs含量對Hi-C數(shù)據(jù)進行評估。Invalid?Interaction?Pairs主要主要包含自連類型、末端懸掛類型等。Valid?Interaction?Pairs在30%以上即認為數(shù)據(jù)合格，根據(jù)已有項目經(jīng)驗，百邁客動物樣品文庫的有效數(shù)據(jù)最高達86.68%。
Hi-C之研究內(nèi)容
通過Hi-C技術可以獲得全基因組范圍內(nèi)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(huán)（loop）。
A/B?compartment
染色質劃分為A、B兩種compartments：
A?compartments：常染色質，松散染色質狀態(tài)、高基因密度、轉錄活躍區(qū)域，富集轉錄活性相關的表觀遺傳標記（例如H3K4me3）。
B?compartments：異染色質，壓縮染色質狀態(tài)、低基因密度區(qū)域、轉錄抑制區(qū)域，富集無轉錄活性的表觀遺傳標記（例如H3K27me3）。
A/B?compartments具有組織、時期、狀態(tài)特異性，在不同組織或不同時期或疾病狀態(tài)間能夠發(fā)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(qū)域發(fā)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(qū)域相關基因大多表達上調，而A?compartment轉換為B?compartment的區(qū)域相關基因則下調。
腫瘤細胞系與正常細胞系間A/B?compartment轉換(Pengze Wu1,et al,NC)
拓撲相關結構域（TAD）
拓撲相關結構域(topologically?associating?domains，TAD)是一段具有折疊結構的DNA序列，此區(qū)域內(nèi)部的互作頻率會顯著高于毗鄰的兩個區(qū)域之間的互作頻率，TAD是基因組在空間結構中的基本組織形式。TAD結構在不同時空下（組織、發(fā)育階段、狀態(tài)等）具有一定的保守性，同時也有一些動態(tài)變化。
TAD邊界有明顯的界限，通常存在大量的絕緣子、管家基因等，其內(nèi)部是一個獨立的調控單元，內(nèi)部的基因存在協(xié)同表達特征；TAD邊界具有很有很重要作用，將邊界部分刪除后會使得基因調控變得紊亂，導致原來沉默的基因被轉錄，而原來應該轉錄的則沉默了。
腫瘤細胞系與正常細胞系的TAD(Pengze Wu1,et al,NC)
染色質環(huán)（loop）
DNA在CTCF等蛋白質的介導下形成遠距離互作，這種結構通常稱為loop結構。通過Hi-C可以檢測到線性距離很遠而空間距離被拉至很近的DNA片段，即peak位點，它們之間的交互頻率往往高于線性上相鄰的片段，以peak位點來確定loop位置。
同樣loop結構在不同時空下（組織、發(fā)育階段、狀態(tài)等）會有一些動態(tài)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(fā)生loop結構的動態(tài)變化，如新形成或消失，在一定程度上會影響基因的調控。
loop與基因轉錄開/關（Rao S S,et al.,Cell,2014）
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