Hi-C揭示手指畸形机制
本篇文章发表在Cell上,采用的测序技术种类以及样本丰富程度都是乳腺癌Hi-C文章达不到的。小编带大家一起来详细地看看,NCS级别的文章如何设计的。
1. 样本选择
手指畸形病人的血液样本、皮肤组织样本,野生小鼠胚胎干细胞、CRISPR编辑后的突变小鼠模型。
2. 测序技术种类
Hi-C、4C-seq、人全基因组测序、外显子测序、RNA-seq、ChIP-seq等。
3. 研究思路
本文从病人样本出发,采取人重测序寻找手指畸形对应的染色体变异,接着采取小鼠模型验证染色体变异是否引起染色体三维结构的变化,最终回归病人样本揭示手指畸形的机制。发现是染色体变异(缺失、复制、倒位)引起了染色体三维结构的变化,使原来的TAD边界被打破;从而远程调控元件与目的基因间的互作发生改变,引起基因表达水平改变,造成手指畸形。

图7 研究思路
4. 结果展示
人重测序寻找手指畸形相关的染色体变异
对手指畸形病人血液样本进行人全基因组重测序,发现在三种手指畸形中均有相应的染色体变异发生。短指:染色体缺失,包含EPHA4 及PAX3 非编码区的一端区域,并指:染色体倒位和区域复制,多指:染色体区域复制。

图8 手指畸形样本的染色体变异情况
CRISPR 方法构建手指疾病的相关小鼠模型,探究染色体变异引起的染色体三维结构变化
在小鼠模型中用4C-seq发现染色体重排导致异常表达的基因与含有Epha4的TAD产生新的相互作用,即染色体变异引起染色体三维结构发生变化(TAD的边界改变)。 此外,本文返回到病人样本,短指、多指、并指病人成纤维细胞4C-seq结果与小鼠手指4C-seq和人Hi-C结果高度相似,在病人细胞系中已破坏的TAD导致相互作用异常。

图9 染色体变异引起染色体三维结构变化
TAD边界改变导致远程调控元件和目的基因相互作用发生变化
结合已有的ChIP-seq数据发现,边界发生变化的TAD中含有重要的增强子,这些增强子与相邻TAD内的基因有异常的互作,导致调控紊乱,造成手指畸形。

图10 增强子与基因互作紊乱
Hi-C作为安诺优达特色技术,不断探索不断创新
可以揭示染色体三维结构,且可用于辅助组装
从群体细胞Hi-C、1kb Hi-C、捕获Hi-C
单细胞Hi-C拓展到Hi-C辅助组装
物种经验跨越动植物及微生物
合作单位贯穿国内外科研院所
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参考文献
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