Hi-C测序简介及文库制备

前一段时间,和导师交流实验进展,导师问我Hi-C的结果大约得多久才出来,我想着Hi-C测序本质上还是二代测序,参考二代测序建库及测序的时间,说得一周吧,同时和公司确定了一下,结果公司说至少得一个月,非常惊讶,咋这么慢,公司说建库很复杂,用时间比较多,中间还有小数据上机测序,评估过程等等。和公司要了一些建库的学习材料,结合网上的一些资料,学习了下Hi-C建库过程,越看发现需要学习的东西越多。

一、Hi-C技术简介:

染色体是遗传信息的携带者,占据独立的细胞和区域,可它们并不是随机的结构,具有高度的组织性(Lanctôt, et al., 2007)。DNA在染色体上以高度折叠的形式存在,因此不止直线距离相近的DNA之间可能存在相互作用,相距很远的DNA片段也存在着相互作用关系,这种染色体上各位点在细胞核中的空间交互作用被视为影响基因表达调控的重要因素。

Hi-C由Job Dekker 在2009年提出,发表在Science上,最初用于捕获全基因组范围内所有的染色质内和染色质间的空间互作信息,构建相应的3D基因组数据信息[1]。目前已应用于基因表达的空间调控机制研究、构建染色体水平参考基因组、构建单体型图谱等。

二、建库简要步骤

1. 交联,用甲醛对细胞进行瞬间固定,使DNA与蛋白,蛋白与蛋白之间相互交联;

2.酶切,用限制性内切酶(如Hind III)切割基因组,得到的片段具有平末端或粘性末端;

3.标记,使用生物素标记的碱基作为修复材料,对内切酶形成的粘性末端进行修复;

4.连接,使用T4 DNA连接酶连接互作片段,形成环状

5.解交联,将连接DNA片段的蛋白质消化掉,得到交联片段;使用超声波或其他方式,再次打断片段;用磁珠将带生物素的捕获,得到只由在细胞核内空间位置相近的DNA片段构成的文库,制作文库;

6.文库扩增产物取样进行“Hi-C片段连接点质控检测”,检测合格后则完成整个文库制备;

7.构建好的文库经过文库质控合格后,用Illumina平台进行测序,测序策略PE150。

理想的文库是由来自两个不同酶切片段的DNA片段连接构成,片段连接位点会形成一种新的内切酶切割位点(例如:MboI酶切,平末端连接后形成的新酶切位点为BspDI所识别切割)。

实验流程

三、C技术

除了Hi-C外,还有3C、4C、5C

3C (一对一)

基因组捕获技术(chromosome conformation capture,3C), 最早的研究三维基因组的技术,能够探究两个已知基因位点之间的作用,需要提前知道互相作用区域,3C 技术假定物理上互作的 DNA 片段连接频率最高,以基因座特异性 PCR 来检测基因组中 DNA 片段之间的物理接触,最终以 PCR 产物的丰度来确定是否存在相互作用。

4C(一对多)

环状染色质构象捕获芯片(Chromosome conformation capture-on-chip,4C),可以捕获一个基因区域其他区域间的互相作用。该技术不需要知道作用区域的先验知识就可以使用。

5C(多对多)

染色体构象捕获碳拷贝(Chromosome conformation capture carbon copy,5C),可以检测某段区域内所有的互作,但是该区域一般<1 Mb。覆盖度的问题也就造成该技术不适用于全基因组测序。

Hi-C(全部互作)

高通量基因组捕获技术,基本解决了上述技术的缺点,可以实现全基因组覆盖检测全部未知互作区域。

参考:

1.Comprehensive Mapping of Long-Range Interactions Reveals Folding Principles of the Human Genome.

2.https://blog.csdn.net/u011262253/article/details/113725316

3.基于生物信息学的Hi-C 研究现状与发展趋势,吕红强,2020

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