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Hi-C: A Method to Study the Three-dimensional Architecture of Genomes.

The three-dimensional folding of chromosomes compartmentalizes the genome and and can bring distant functional elements, such as promoters and enhancers, ...

Massachusetts Institute of Technology

&#x6211;&#x4EEC;&#x63CF;&#x8FF0; Hi-C&#x3001; &#x8026;&#x5408;&#x4E0E;&#x5E76;&#x884C;&#x5E8F;&#x5217;&#x7684;&#x57FA;&#x4E8E;&#x90BB;&#x8FD1;&#x7684;&#x7ED3;&#x624E;&#x6CD5;&#x63A2;&#x6D4B;&#x6574;&#x4E2A;&#x57FA;&#x56E0;&#x7EC4;&#x7684;&#x4E09;&#x7EF4;&#x7ED3;&#x6784;&#x7684;&#x65B9;&#x6CD5;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x5EFA;&#x9020;&#x7A7A;&#x95F4;&#x63A5;&#x8FD1;&#x5730;&#x56FE;&#xFF0C;&#x5206;&#x8FA8;&#x7387;&#x4E3A; 1 &#x7ECF;&#x8FC7;&#x559C; C &#x4E0E;&#x4EBA;&#x7C7B;&#x57FA;&#x56E0;&#x7EC4;&#x3002;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x5730;&#x56FE;&#x786E;&#x8BA4;&#x7A7A;&#x95F4;&#x9644;&#x8FD1;&#x7684;&#x5C0F;&#x3001; &#x5BCC;&#x542B;&#x57FA;&#x56E0;&#x7684;&#x67D3;&#x8272;&#x4F53;&#x548C;&#x67D3;&#x8272;&#x4F53;&#x754C;&#x7684;&#x5B58;&#x5728;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x786E;&#x5B9A;&#x4E86;&#x989D;&#x5916;&#x7684;&#x57FA;&#x56E0;&#x7EC4;&#x7EC7;&#x7684;&#x7279;&#x70B9;&#x662F;&#x5F00;&#x653E;&#x548C;&#x5C01;&#x95ED;&#x7684;&#x67D3;&#x8272;&#x8D28;&#xFF0C;&#x5F62;&#x6210;&#x4E24;&#x4E2A;&#x5168;&#x57FA;&#x56E0;&#x7EC4;&#x8F66;&#x53A2;&#x7A7A;&#x95F4;&#x7684;&#x9694;&#x79BB;&#x7EA7;&#x522B;&#x3002;&#x5728;&#x7ECF;&#x8FC7;&#x89C4;&#x6A21;&#x3001; &#x67D3;&#x8272;&#x8D28;&#x6784;&#x8C61;&#x662F;&#x7B26;&#x5408;&#x5206;&#x5F62;&#x7403;&#xFF0C;&#x514D;&#x7ED3;&#xFF0C;&#x4F7F;&#x4FDD;&#x6301;&#x8F7B;&#x677E;&#x6298;&#x53E0;&#x4E0E;&#x5C55;&#x5F00;&#x4EFB;&#x4F55;&#x57FA;&#x56E0;&#x7EC4;&#x8F68;&#x8FF9;&#x7684;&#x80FD;&#x529B;&#x7684;&#x540C;&#x65F6;&#x6700;&#x5927;&#x9650;&#x5EA6;&#x5730;&#x5BC6;&#x5305;&#x88C5;&#x7684;&#x9AD8;&#x5206;&#x5B50;&#x6784;&#x8C61;&#x3002;&#x5206;&#x5F62;&#x4E91;&#x56E2;&#x6709;&#x522B;&#x4E8E;&#x8F83;&#x4E3A;&#x5E38;&#x7528;&#x7684;&#x7403;&#x5F62;&#x7684;&#x5747;&#x8861;&#x6A21;&#x578B;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x7684;&#x7814;&#x7A76;&#x7ED3;&#x679C;&#x8868;&#x660E;&#x559C; C &#x6620;&#x5C04;&#x52A8;&#x6001;&#x6784;&#x8C61;&#x7684;&#x6574;&#x4E2A;&#x57FA;&#x56E0;&#x7EC4;&#x7684;&#x6743;&#x529B;&#x3002;

&#x5168;&#x9762;&#x6620;&#x5C04;&#x7684;&#x8FDC;&#x7A0B;&#x4EA4;&#x4E92;&#x663E;&#x793A;&#x6298;&#x53E0;&#x7684;&#x4EBA;&#x7C7B;&#x57FA;&#x56E0;&#x7EC4;&#x7684;&#x539F;&#x5219;&#x3002;

We describe Hi-C, a method that probes the three-dimensional architecture of whole genomes by coupling proximity-based ligation with massively parallel sequencing. We constructed spatial proximity maps of the human genome with Hi-C at a resolution of 1 megabase. These maps confirm the presence of chromosome territories and the spatial proximity of small, gene-rich chromosomes. We identified an additional level of genome organization that is characterized by the spatial segregation of open and closed chromatin to form two genome-wide compartments. At the megabase scale, the chromatin conformation is consistent with a fractal globule, a knot-free, polymer conformation that enables maximally dense packing while preserving the ability to easily fold and unfold any genomic locus. The fractal globule is distinct from the more commonly used globular equilibrium model. Our results demonstrate the power of Hi-C to map the dynamic conformations of whole genomes.

Comprehensive mapping of long-range interactions reveals folding principles of the human genome.

Nous d&#xE9;crivons Salut-C, une m&#xE9;thode que les sondes de l&#x26;#39;architecture en trois dimensions des g&#xE9;nomes entiers en couplant proximit&#xE9; bas&#xE9;e sur la ligature avec le s&#xE9;quen&#xE7;age massivement parall&#xE8;le. Nous avons construit des cartes de proximit&#xE9; spatiale du g&#xE9;nome humain avec Salut-C &#xE0; une r&#xE9;solution de 1 m&#xE9;gabase. Ces cartes confirment la pr&#xE9;sence de territoires chromosomiques et de la proximit&#xE9; spatiale des petits riches en g&#xE8;nes des chromosomes. Nous avons identifi&#xE9; un niveau suppl&#xE9;mentaire de l&#x26;#39;organisation du g&#xE9;nome qui est caract&#xE9;ris&#xE9; par la s&#xE9;gr&#xE9;gation spatiale de la chromatine ouverte et ferm&#xE9;e pour former deux compartiments du g&#xE9;nome entier. &#xC0; l&#x26;#39;&#xE9;chelle m&#xE9;gabase, la conformation de la chromatine est compatible avec un globule fractale, un noeud-libre, la conformation des polym&#xE8;res qui permet d&#x26;#39;emballage maximalement dense tout en pr&#xE9;servant la capacit&#xE9; de facilement plier et d&#xE9;plier tout locus g&#xE9;nomique. Le globule fractale est distinct du mod&#xE8;le d&#x26;#39;&#xE9;quilibre globulaire plus couramment utilis&#xE9;. Nos r&#xE9;sultats d&#xE9;montrent la puissance de Salut-C pour cartographier les conformations dynamiques de g&#xE9;nomes entiers.

Une cartographie d&#xE9;taill&#xE9;e des interactions &#xE0; longue port&#xE9;e r&#xE9;v&#xE8;le Principes pliants de la Human Genome

Wir beschreiben Hi-C, eine Methode, die die dreidimensionale Architektur der ganzer Genome durch Kopplung von N&auml;he-basierte Verbindung mit massiv parallelen Sequenzierung Sonden. Konstruierten wir r&auml;umliche N&auml;he Karten des menschlichen Genoms mit Hi-C mit einer Aufl&ouml;sung von 1 Megabyte. Diese Karten best&auml;tigen das Vorhandensein von Chromosom Gebiete und die r&auml;umliche N&auml;he der kleinen, Gen-reiche Chromosomen. Wir identifiziert ein zus&auml;tzliches Ma&szlig; an Genom-Organisation, die durch die r&auml;umliche Trennung von offenen und geschlossenen Chromatin genomweiten zweigeteiltem bilden auszeichnet. An der Skala Megabase entspricht der Chromatin-Konformation ein Fraktal kugelbl&uuml;te, ein Knoten-frei, Polymer-Konformation, die es maximal dichten Verpackung erm&ouml;glicht und gleichzeitig die F&auml;higkeit, leicht Falten und entfalten alle genomischen Locus. Die Fraktale kugelbl&uuml;te unterscheidet sich von den h&auml;ufiger verwendeten kugelige Gleichgewichtsmodell. Unsere Ergebnisse zeigen die Macht der Hi-C ordnen Sie die dynamischen Konformationen von ganzer Genome.

Umfassende Zuordnung von Langstrecken-Interaktionen zeigt Falten Grunds&auml;tze des menschlichen Genoms.

Descriviamo Hi-C, un metodo che analizza l&#39;architettura tridimensionale dell&#39;intero genoma di accoppiamento basati sulla vicinanza legatura con sequenziamento massivamente parallelismo. Abbiamo costruito carte di prossimit&agrave; spaziale del genoma umano con Hi-C con una risoluzione di 1 megabase. Queste mappe confermano la presenza di territori del cromosoma e la prossimit&agrave; spaziale dei cromosomi piccoli, ricchi di gene. Abbiamo identificato un ulteriore livello di organizzazione del genoma che si caratterizza per la segregazione spaziale della cromatina aperta e chiusa a formare due compartimenti genome-wide. Alla scala megabase, la conformazione della cromatina &egrave; coerenza con un globulo frattale, un nodo-libero, conformazione del polimero che permette al massimo denso imballaggio pur conservando la capacit&agrave; di piegare e spiegare qualsiasi locus genomico facilmente. Il globulo frattale &egrave; distinto dal modello di equilibrio globulare pi&ugrave; comunemente utilizzati. I nostri risultati dimostrano la potenza di Hi-C per mappare le conformazioni dinamiche di interi genomi.

Mappatura completa delle interazioni a lungo raggio rivela pieghevoli principi del genoma umano.

&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x3001;&#x8D85;&#x4E26;&#x5217;&#x30B7;&#x30FC;&#x30B1;&#x30F3;&#x30B7;&#x30F3;&#x30B0;&#x306B;&#x8FD1;&#x63A5;&#x30D9;&#x30FC;&#x30B9;&#x306E;&#x30E9;&#x30A4;&#x30B2;&#x30FC;&#x30B7;&#x30E7;&#x30F3;&#x3092;&#x7D50;&#x5408;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x306B;&#x3088;&#x308A;&#x3001;&#x30D7;&#x30ED;&#x30FC;&#x30D6;&#x306E;&#x5168;&#x30B2;&#x30CE;&#x30E0;&#x306E;&#x4E09;&#x6B21;&#x5143;&#x69CB;&#x9020;&#x3092;&#x3001;&#x305D;&#x306E;&#x30E1;&#x30BD;&#x30C3;&#x30C9;&#x306F;&#x3001;Hi-C&#x3092;&#x8A18;&#x8FF0;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x3001;1&#x30E1;&#x30AC;&#x30D9;&#x30FC;&#x30B9;&#x306E;&#x89E3;&#x50CF;&#x5EA6;&#x3067;&#x306F;Hi-C&#x3068;&#x30D2;&#x30C8;&#x30B2;&#x30CE;&#x30E0;&#x306E;&#x7A7A;&#x9593;&#x7684;&#x306A;&#x8FD1;&#x63A5;&#x30DE;&#x30C3;&#x30D7;&#x3092;&#x69CB;&#x7BC9;&#x3057;&#x305F;&#x3002;&#x3053;&#x308C;&#x3089;&#x306E;&#x30DE;&#x30C3;&#x30D7;&#x306F;&#x3001;&#x67D3;&#x8272;&#x4F53;&#x9818;&#x57DF;&#x306E;&#x5B58;&#x5728;&#x3068;&#x3001;&#x5C0F;&#x3055;&#x306A;&#x907A;&#x4F1D;&#x5B50;&#x306E;&#x8C4A;&#x5BCC;&#x306A;&#x67D3;&#x8272;&#x4F53;&#x306E;&#x7A7A;&#x9593;&#x7684;&#x306A;&#x8FD1;&#x63A5;&#x6027;&#x3092;&#x78BA;&#x8A8D;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306F;2&#x3064;&#x200B;&#x200B;&#x306E;&#x30B2;&#x30CE;&#x30E0;&#x30EF;&#x30A4;&#x30C9;&#x306A;&#x533A;&#x753B;&#x3092;&#x5F62;&#x6210;&#x3059;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x958B;&#x3044;&#x305F;&#x3001;&#x9589;&#x9396;&#x3057;&#x305F;&#x30AF;&#x30ED;&#x30DE;&#x30C1;&#x30F3;&#x306E;&#x7A7A;&#x9593;&#x7684;&#x306A;&#x5206;&#x96E2;&#x306B;&#x3088;&#x3063;&#x3066;&#x7279;&#x5FB4;&#x3065;&#x3051;&#x3089;&#x308C;&#x308B;&#x30B2;&#x30CE;&#x30E0;&#x7D44;&#x7E54;&#x306E;&#x30EC;&#x30D9;&#x30EB;&#x3092;&#x540C;&#x5B9A;&#x3057;&#x305F;&#x3002;&#x30E1;&#x30AC;&#x30D9;&#x30FC;&#x30B9;&#x306E;&#x30B9;&#x30B1;&#x30FC;&#x30EB;&#x3067;&#x3001;&#x30AF;&#x30ED;&#x30DE;&#x30C1;&#x30F3;&#x30B3;&#x30F3;&#x30D5;&#x30A9;&#x30E1;&#x30FC;&#x30B7;&#x30E7;&#x30F3;&#x306F;&#x3001;&#x30D5;&#x30E9;&#x30AF;&#x30BF;&#x30EB;&#x7403;&#x3001;&#x7C21;&#x5358;&#x306B;&#x6298;&#x308A;&#x3001;&#x4EFB;&#x610F;&#x306E;&#x30B2;&#x30CE;&#x30E0;&#x907A;&#x4F1D;&#x5B50;&#x5EA7;&#x3092;&#x5C55;&#x958B;&#x3059;&#x308B;&#x80FD;&#x529B;&#x3092;&#x7DAD;&#x6301;&#x3057;&#x306A;&#x304C;&#x3089;&#x6700;&#x5927;&#x9650;&#x306B;&#x5BC6;&#x30D1;&#x30C3;&#x30AD;&#x30F3;&#x30B0;&#x3092;&#x53EF;&#x80FD;&#x306B;&#x3059;&#x308B;&#x7D50;&#x3073;&#x76EE;&#x30D5;&#x30EA;&#x30FC;&#x3001;&#x30DD;&#x30EA;&#x30DE;&#x30FC;&#x306E;&#x7ACB;&#x4F53;&#x69CB;&#x9020;&#x3068;&#x4E00;&#x8CAB;&#x6027;&#x304C;&#x3042;&#x308A;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x30D5;&#x30E9;&#x30AF;&#x30BF;&#x30EB;&#x7403;&#x306F;&#x3088;&#x308A;&#x4E00;&#x822C;&#x7684;&#x306B;&#x4F7F;&#x7528;&#x3055;&#x308C;&#x308B;&#x7403;&#x72B6;&#x5747;&#x8861;&#x30E2;&#x30C7;&#x30EB;&#x3068;&#x306F;&#x7570;&#x306A;&#x308A;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306E;&#x7D50;&#x679C;&#x306F;&#x3001;&#x30B2;&#x30CE;&#x30E0;&#x5168;&#x4F53;&#x306E;&#x52D5;&#x7684;&#x306A;&#x7ACB;&#x4F53;&#x69CB;&#x9020;&#x3092;&#x30DE;&#x30C3;&#x30D4;&#x30F3;&#x30B0;&#x3059;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306E;Hi-C&#x306E;&#x30D1;&#x30EF;&#x30FC;&#x3092;&#x793A;&#x3057;&#x3066;&#x3044;&#x307E;&#x3059;&#x3002;

&#x9577;&#x8DDD;&#x96E2;&#x76F8;&#x4E92;&#x4F5C;&#x7528;&#x306E;&#x5305;&#x62EC;&#x7684;&#x306A;&#x30DE;&#x30C3;&#x30D4;&#x30F3;&#x30B0;&#x306F;&#x3001;&#x30D2;&#x30C8;&#x30B2;&#x30CE;&#x30E0;&#x306E;&#x6298;&#x308A;&#x305F;&#x305F;&#x307F;&#x306E;&#x539F;&#x7406;&#x3092;&#x660E;&#x3089;&#x304B;&#x306B;

&#xC6B0;&#xB9AC; &#xD558;&#xC774;-C, &#xB300;&#xADDC;&#xBAA8; &#xBCD1;&#xB82C; &#xC2DC;&#xD000;&#xC2F1;&#xACFC; &#xADFC;&#xC811;&#xC5D0; &#xAE30;&#xCD08;&#xB97C; &#xB454; &#xACB0; &#xCC30; &#xCEE4;&#xD50C;&#xB9C1; &#xD558; &#xC5EC; &#xC804;&#xCCB4; &#xAC8C;&#xB188;&#xC758; 3 &#xCC28;&#xC6D0; &#xAD6C;&#xC870;&#xB97C; &#xC870;&#xC0AC; &#xD558;&#xB294; &#xBC29;&#xBC95;&#xC744; &#xC124;&#xBA85; &#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC6B0;&#xB9AC; &#xAC74;&#xC124; 1 megabase &#xD574;&#xC0C1;&#xB3C4;&#xC5D0;&#xC11C; &#xD558;&#xC774;-C&#xC640; &#xD568;&#xAED8; &#xC778;&#xAC04; &#xAC8C;&#xB188;&#xC758; &#xC9C0;&#xB3C4; &#xACF5;&#xAC04; &#xADFC;&#xC811;. &#xC774; &#xC9C0;&#xB3C4; &#xD655;&#xC778; &#xC5FC;&#xC0C9;&#xCCB4; &#xC601;&#xD1A0;&#xC758; &#xC874;&#xC7AC;&#xC640; &#xC791;&#xC740;, &#xD48D;&#xBD80;&#xD55C; &#xC720;&#xC804;&#xC790; &#xC5FC;&#xC0C9;&#xCCB4;&#xC758; &#xACF5;&#xAC04; &#xADFC;&#xC811;. &#xC6B0;&#xB9AC; &#xAC8C;&#xB188; &#xC870;&#xC9C1;&#xC5D0; &#xB450; &#xAC1C;&#xC758; &#xAC8C;&#xB188; &#xB113;&#xC740; &#xAD6C;&#xD68D;&#xC744; &#xD615;&#xC131; &#xD558;&#xAE30; &#xC704;&#xD574; &#xAC1C;&#xBC29;&#xC801;&#xC774; &#xACE0; &#xD3D0;&#xC1C4; chromatin&#xC758; &#xACF5;&#xAC04;&#xC801; &#xBD84;&#xB9AC;&#xC5D0; &#xC758;&#xD574; &#xD2B9;&#xC9D5;&#xC758; &#xCD94;&#xAC00; &#xC218;&#xC900;&#xC744; &#xC2DD;&#xBCC4; &#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;. Megabase &#xADDC;&#xBAA8; chromatin &#xAD6C;&#xC870;&#xB97C; &#xD504;&#xB799;&#xD0C8; globule, &#xB9E4;&#xB4ED; &#xD504;&#xB9AC; &#xD3F4;&#xB9AC;&#xBA38; &#xB098; &#xB780; &#xC27D;&#xAC8C; &#xC811;&#xC744; &#xD558; &#xACE0; &#xBAA8;&#xB4E0; &#xAC8C;&#xB188; &#xB85C;&#xCEE4; &#xC2A4;&#xB97C; &#xC804;&#xAC1C; &#xD558;&#xB294; &#xAE30;&#xB2A5;&#xC744; &#xC720;&#xC9C0; &#xD558;&#xBA74;&#xC11C; &#xCD5C;&#xB300;&#xD55C; &#xC870;&#xBC00;&#xD55C; &#xD3EC;&#xC7A5; &#xC218; &#xC788;&#xB3C4;&#xB85D; &#xC77C;&#xCE58;&#xC785;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xD504;&#xB799;&#xD0C8; globule &#xB354; &#xC77C;&#xBC18;&#xC801;&#xC73C;&#xB85C; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xB418;&#xB294; &#xAD6C;&#xD615; &#xD3C9;&#xD615; &#xBAA8;&#xB378;&#xC5D0;&#xC11C; &#xBCC4;&#xAC1C;&#xC785;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC6B0;&#xB9AC;&#xC758; &#xACB0;&#xACFC; &#xC804;&#xCCB4; &#xAC8C;&#xB188;&#xC758; &#xB3D9;&#xC801; conformations &#xB9E4;&#xD551;&#xD560; &#xD558;&#xC774; C&#xC758; &#xD30C;&#xC6CC; &#xC785;&#xC99D;.

&#xC7A5;&#xAC70;&#xB9AC; &#xC0C1;&#xD638; &#xC791;&#xC6A9;&#xC758; &#xD3EC;&#xAD04;&#xC801;&#xC778; &#xB9E4;&#xD551; &#xC778;&#xAC04; &#xAC8C;&#xB188;&#xC758; &#xC811;&#xB294; &#xC6D0;&#xB9AC;&#xB97C; &#xBCF4;&#xC5EC;&#xC900;&#xB2E4;.

Se describe Hi-C, un m&#xE9;todo que las sondas de la arquitectura tridimensional de todo el genoma mediante el acoplamiento basado en la proximidad con la ligadura de secuenciaci&#xF3;n masiva en paralelo. Hemos construido los mapas espaciales de proximidad del genoma humano con Hi-C, a una resoluci&#xF3;n de 1 megabase. Estos mapas confirmar la presencia de los territorios cromos&#xF3;micos y la proximidad espacial de peque&#xF1;as gen ricos en cromosomas. Se identificaron un nivel adicional de organizaci&#xF3;n del genoma que se caracteriza por la segregaci&#xF3;n espacial de la cromatina abierta y cerrada para formar dos compartimentos en todo el genoma. En la escala megabase, la conformaci&#xF3;n de la cromatina es consistente con un gl&#xF3;bulo fractal, un nudo-libre, conformaci&#xF3;n pol&#xED;mero que permite el envasado m&#xE1;ximamente densa preservando al mismo tiempo la capacidad de plegar y desplegar f&#xE1;cilmente cualquier locus gen&#xF3;mico. El gl&#xF3;bulo fractal es distinto del modelo de equilibrio m&#xE1;s com&#xFA;nmente utilizado globular. Nuestros resultados demuestran el poder de Hi-C para mapear las conformaciones din&#xE1;micas de genomas completos.

Maxim Imakaev

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