Hi-C是2009年提出的染色體構(gòu)象捕獲結(jié)合高通量測(cè)序的一種技術(shù)（Erez Lieberman-Aiden, et al,Science），是衍生于染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)（3C）的高通量技術(shù)，實(shí)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(cè)。作為染色體三維構(gòu)象與互作研究的利器，Hi-C技術(shù)廣泛應(yīng)用于腫瘤/疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制、分化發(fā)育機(jī)制、畸變機(jī)制等研究。
同樣源于3C的用以研究染色體互作的技術(shù)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(shù)的區(qū)別在于捕獲的連接片段檢測(cè)和定量方式。
3C：經(jīng)典的3C實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)基因座特異性引物PCR檢測(cè)單個(gè)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(zhì)之間的相互作用，通量低，費(fèi)時(shí)費(fèi)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(jié)合連接介導(dǎo)的擴(kuò)增?（ligation-mediated?amplification，LMA）來(lái)增加3C檢測(cè)的通量，識(shí)別兩組大量位點(diǎn)之間并行的數(shù)百萬(wàn)個(gè)相互作用，例如一組啟動(dòng)子和一組遠(yuǎn)端調(diào)控元件之間的互作——many?vs?many。
ChIA-PET：對(duì)感興趣的蛋白質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)之間的遠(yuǎn)程互作進(jìn)行全基因組分析。
Hi-C：提供了一個(gè)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(cè)序的深度）——all?vs?all。
Hi-C之技術(shù)流程
Hi-C的主要原理是將空間結(jié)構(gòu)臨近的DNA片段進(jìn)行交聯(lián)，并將交聯(lián)的DNA片段富集，然后進(jìn)行高通量測(cè)序，對(duì)測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)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(gòu)象。
（Rao S S,et al.,Cell）
Hi-C與普通二代測(cè)序（如全基因組重測(cè)序等）最大的區(qū)別在于前期建庫(kù)時(shí)對(duì)構(gòu)象的固定與捕獲，Hi-C文庫(kù)制備流程主要包括甲醛交聯(lián)、細(xì)胞裂解、內(nèi)切酶酶切、末端修復(fù)及生物素標(biāo)記、片段連接、捕獲帶生物素標(biāo)記的片段、文庫(kù)質(zhì)檢等步驟。Hi-C文庫(kù)質(zhì)量受多種因素影響，如細(xì)胞裂解劇烈程度、細(xì)胞裂解期間的蛋白酶抑制劑含量等，Hi-C文庫(kù)質(zhì)量直接影響后續(xù)的有效數(shù)據(jù)產(chǎn)出。
因而Hi-C技術(shù)難度較高的主要難點(diǎn)就在于建庫(kù)，大多數(shù)公司在建庫(kù)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(kù)。百邁客Hi-C標(biāo)準(zhǔn)建庫(kù)流程已申請(qǐng)國(guó)家專利，我們致力于將Hi-C打造成類似于轉(zhuǎn)錄組一樣技術(shù)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(kù)成功率，即使是次生代謝物種類較多的建庫(kù)難度大的植物，百邁客的一次建庫(kù)成功率在97%以上，不僅如此，憑借一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)展。
合格的Hi-C文庫(kù)對(duì)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(huì)直接反映Hi-C文庫(kù)建庫(kù)質(zhì)量的高低，主要從Valid?Interaction?Pairs含量對(duì)Hi-C數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)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(rèn)為數(shù)據(jù)合格，根據(jù)已有項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，百邁客動(dòng)物樣品文庫(kù)的有效數(shù)據(jù)最高達(dá)86.68%。
Hi-C之研究?jī)?nèi)容
通過(guò)Hi-C技術(shù)可以獲得全基因組范圍內(nèi)的互作信息，得到染色體三個(gè)層級(jí)的三維結(jié)構(gòu)：A/B?compartment、拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域（TAD）、染色質(zhì)環(huán)（loop）。
A/B?compartment
染色質(zhì)劃分為A、B兩種compartments：
A?compartments：常染色質(zhì)，松散染色質(zhì)狀態(tài)、高基因密度、轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域，富集轉(zhuǎn)錄活性相關(guān)的表觀遺傳標(biāo)記（例如H3K4me3）。
B?compartments：異染色質(zhì)，壓縮染色質(zhì)狀態(tài)、低基因密度區(qū)域、轉(zhuǎn)錄抑制區(qū)域，富集無(wú)轉(zhuǎn)錄活性的表觀遺傳標(biāo)記（例如H3K27me3）。
A/B?compartments具有組織、時(shí)期、狀態(tài)特異性，在不同組織或不同時(shí)期或疾病狀態(tài)間能夠發(fā)生轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換和基因表達(dá)調(diào)控有一定關(guān)系。當(dāng)染色體上某區(qū)域發(fā)生A/B?compartment轉(zhuǎn)化，會(huì)影響其中的基因的轉(zhuǎn)錄活性，通常B?compartment轉(zhuǎn)換為A?compartment的區(qū)域相關(guān)基因大多表達(dá)上調(diào)，而A?compartment轉(zhuǎn)換為B?compartment的區(qū)域相關(guān)基因則下調(diào)。
腫瘤細(xì)胞系與正常細(xì)胞系間A/B?compartment轉(zhuǎn)換(Pengze Wu1,et al,NC)
拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域（TAD）
拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域(topologically?associating?domains，TAD)是一段具有折疊結(jié)構(gòu)的DNA序列，此區(qū)域內(nèi)部的互作頻率會(huì)顯著高于毗鄰的兩個(gè)區(qū)域之間的互作頻率，TAD是基因組在空間結(jié)構(gòu)中的基本組織形式。TAD結(jié)構(gòu)在不同時(shí)空下（組織、發(fā)育階段、狀態(tài)等）具有一定的保守性，同時(shí)也有一些動(dòng)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(gè)獨(dú)立的調(diào)控單元，內(nèi)部的基因存在協(xié)同表達(dá)特征；TAD邊界具有很有很重要作用，將邊界部分刪除后會(huì)使得基因調(diào)控變得紊亂，導(dǎo)致原來(lái)沉默的基因被轉(zhuǎn)錄，而原來(lái)應(yīng)該轉(zhuǎn)錄的則沉默了。
腫瘤細(xì)胞系與正常細(xì)胞系的TAD(Pengze Wu1,et al,NC)
染色質(zhì)環(huán)（loop）
DNA在CTCF等蛋白質(zhì)的介導(dǎo)下形成遠(yuǎn)距離互作，這種結(jié)構(gòu)通常稱為loop結(jié)構(gòu)。通過(guò)Hi-C可以檢測(cè)到線性距離很遠(yuǎn)而空間距離被拉至很近的DNA片段，即peak位點(diǎn)，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(diǎn)來(lái)確定loop位置。
同樣loop結(jié)構(gòu)在不同時(shí)空下（組織、發(fā)育階段、狀態(tài)等）會(huì)有一些動(dòng)態(tài)變化，且通過(guò)loop錨定的位點(diǎn)中包含啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子等，當(dāng)發(fā)生loop結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，如新形成或消失，在一定程度上會(huì)影響基因的調(diào)控。
loop與基因轉(zhuǎn)錄開/關(guān)（Rao S S,et al.,Cell,2014）
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