Модульная конструкция промоутер захватить Hi-C
Промоутер захватить Hi-C предназначен для специально обогатить Hi-C библиотеки для взаимодействия с участием промоутеров. Эти взаимодействия составляют только подмножество лигирование продуктов, присутствующих в библиотеке Hi-C.
Захват Привет-C можно легко изменить для обогащения Hi-C библиотек для любой геномной региона или регионов интерес, изменив систему захвата. Захват регионов может быть непрерывной геномной сегментов44,45,46,48, усилители, которые были определены в PCHi-C (35'обратный захват Hi-C'), или DNase сверхчувствительным сайты49 . Размер захвата системы может корректироваться в зависимости от области экспериментальной. Например, Драйден и др. целевые 519 приманки фрагментов в трех пустынь генов, связанных с раком молочной железы44. Система захвата Мартин и др. цели обеих непрерывной геномной сегментов («Региона захватить»: 211 геномной регионов в общей сложности; 2 131 фрагментов) и промоутеров (3857 генным стимуляторам)45.
SureSelect библиотеки доступны в разные типоразмеры: 1 КБ до 499 kb (5 190 – 4,806), 500 КБ до 2,9 МБ (5 190 – 4,816) и 3 МБ до 5,9 МБ (5 190 – 4,831). Как каждый индивидуальный захват биотин РНК длиной 120 нуклеотидов, они захватить систем вместить максимум 4,158, 24,166 и 49,166 отдельных захватить датчиков, соответственно. Это соответствует 2,079, 12,083 и 24,583 целевых фрагментов, соответственно (Обратите внимание, что номера для фрагментов нижней границы, основывается на предположении, что два отдельных захвата зонды могут быть разработаны для каждого ограничения фрагмент — в действительности из-за повторяющихся последовательностей это не будет случай для каждого ограничения фрагмент (см. также Рисунок 1B, C), приводит в большее количество фрагментов ориентации ограничение для постоянного числа доступных захвата зонды ).
Протокол, описанные здесь основана на использовании энзима ограничения с узлом признание 6 bp раскрыть на большие расстояния взаимодействия. С помощью энзима ограничения с 4 сайта признание bp для большей резолюции более проксимальном взаимодействий является также возможно40,49.
Ограничения PCHi-C
Одно ограничение, свойственное все хромосомы конформации захвата анализов является, что их резолюции определяется энзима ограничения, используемый для создания библиотеки. Взаимодействия, которые происходят между ДНК элементов, расположенных на один и тот же фрагмент ограничения являются невидимыми для «C-тип» анализов. Кроме того в PCHi-C, в некоторых случаях более чем один сайт начало транскрипции может быть расположен на тот же промоутер содержащих ограничение фрагмент, и Пирс в некоторых случаях гавани оба активных и репрессивных гистона знаки, что делает его трудно определить который регулирования элементы посредником взаимодействий и предсказать регулирования выходной промоутер взаимодействий. С помощью энзимов ограничения с 4 bp признание сайтов устраняет эту проблему, но происходит за счет значительно возросшей сложности библиотека Hi-C (Hi-C библиотек, созданных с энзимами ограничения распознавания сайта 4 bp по крайней мере в 100 раз более сложной, чем Hi-C библиотеки, созданные с энзимами ограничения распознавания сайта 6 bp) и связанные с этим расходы для следующего поколения последовательности.
Еще одним ограничением является, что текущий протокол PCHi-C требует миллионы клеток как исходного материала, исключающего анализ взаимодействий промоутер в типах редких клеток. Модифицированная версия PCHi-C с тем чтобы допрос промоутер контактов в клеточных популяций с 10 000 до 100 000 клеток (например, клетки во время раннего эмбрионального развития или гемопоэтических стволовых клеток) поэтому бы ценным дополнением к захвату Привет-C панели инструментов.
Наконец как все методы, которые полагаются на формальдегид фиксации, PCHi-C только записи взаимодействий, которые являются «заморожены» в момент времени фиксации. Таким образом для изучения кинетики и динамика промоутер взаимодействий, требуются методы, такие как супер резолюции микроскопия живой клетки вместе с PCHi-C.
Методы для того чтобы рассечь пространственных хромосома Организации с высоким разрешением
Огромные сложности хромосомных взаимодействия библиотек запрещает надежной идентификации продуктов взаимодействия между двух конкретных фрагментов с статистической значимости. Чтобы обойти эту проблему, захват последовательности был использован для обогащения Hi-C-33,-34,-40,-44 или 3 C50,51 библиотек для специфических взаимодействий. Основным преимуществом использования Hi-C библиотеки свыше 3C для обогащения шаг является Hi-C, в отличие от 3C, включает обогащение шаг для подлинного лигирование продуктов. Как следствие процент действительно читает в PCHi-C библиотек примерно в 10 раз выше, чем в захват-C библиотек50, в которой содержится около 5-8% действительный читает после фильтрации HiCUP. Sahlen et al. непосредственно сравнивать захвата-C HiCap, который, как PCHi-C использует библиотеки Hi-C для захвата обогащения, в отличие от захвата-C, которая использует 3 C библиотек. В соответствии с нашими выводами, они обнаружили, что захват-C библиотек главным образом состоят из ООН перевязаны фрагменты40. Кроме того HiCap библиотек был выше сложность, чем захват-C библиотек40.
Вариант захвата-C, под названием следующего поколения захвата-C52 (нг захвата-C) использует один oligo на конец фрагмента ограничения, ранее созданного в PCHi-C33,34, вместо дублирования датчики, используемые в оригинале Захват-C протокол50. Это увеличивает процент действительно читает по сравнению с захвата-C скромно, но нг захвата-C использует два последовательных раундов захвата обогащения, и относительно большое количество PCR циклов (20-24 циклов в общей сложности, по сравнению с 11 циклов обычно для PCHi-C), которая неизбежно приводит к росту числа дубликатов последовательности и Нижняя библиотека сложности. В пробные эксперименты во время оптимизации PCHi-C, мы обнаружили, что процент уникальных (т.е., не дублируются) читать пар был только около 15% когда мы использовали 19 циклов PCR (13 циклов предварительного захвата + 6 циклов после захвата; данные не показаны), однако Оптимизация на меньшее количество циклов PCR, обычно дает 75 – 90% уникальных чтения пар. Таким образом уменьшение числа циклов PCR значительно увеличивает количество информативный последовательности данных.
Бронирование метод сочетает в себе чип с Hi-C, чтобы сосредоточиться на хромосомные взаимодействий при посредничестве специфического протеина интереса (53HiChIP). По сравнению с Цзя-PET54, которая основана на аналогичные обоснования, HiChIP данные содержат большее количество информативный последовательности читает, позволяя больше доверия взаимодействия вызова53. Это будет очень интересно непосредственно сравнить соответствующие HiChIP и наборы данных захватить Hi-C когда они становятся доступными (к примеру, HiChIP, используя антитело против когезинов группы Smc1a53 с захвата Hi-C для всех Smc1a связано ограничение фрагменты) бок о бок. Одно неотъемлемое различие между этими двумя подходами, что захватить Hi-C не полагаться на иммунопреципитации chromatin и поэтому способен опрашивания хромосомных взаимодействия независимо от белка размещение. Это позволяет сравнение 3D генома Организации в наличие или отсутствие привязки конкретных факторов, как была использована для выявления PRC1 как ключевым регулятором мыши ESC пространственных генома архитектура7.
PCHi-C и GWAS
Геном всей ассоциации исследований (GWAS) показали, что более чем 95% болезней связанные последовательности вариантов расположены в регионах некодирующих генома, часто на большие расстояния, чтобы белок кодирование генов55. GWAS варианты являются часто найдены в непосредственной близости от DNase я сверхчувствительным сайтов, который является отличительной чертой последовательностей с потенциальными регулирующей деятельности. PCHi-C и захватить Hi-C широко использовались для связи промоутеров GWAS риска локусов причастны рака груди44,48колоректального рака и аутоиммунных заболеваний35,45,46. PCHi-C исследование на 17 различных гемопоэтических клеток человека типы нашел SNPs, связанные с аутоиммунным заболеванием обогатились в Пирс в лимфоидных клеток, тогда как последовательность варианты, связанные с тромбоцитов и эритроцитов специфические черты преимущественно были найдены в макрофаги и erythroblasts, соответственно35,56. Таким образом конкретные промоутер ткани тип interactomes обнаружили в PCHi-C может помочь понять функцию некодирующих болезни связанные последовательности вариантов и выявлять новых потенциальных болезней генов для терапевтической интервенции.
Особенности взаимодействия промоутер регионов
Несколько линий доказательств связать промоутер interactomes управления выражения гена. Во-первых несколько PCHi-C исследования показали, что геномной регионов, взаимодействующих с промоутерами (высоко) выразил генов обогащаются в метках, связанные с деятельностью enhancer, таких как H3K27 ацетилирования и p300 привязки33,34 , 37. Мы нашли положительная корреляция между уровнем выражение гена и количество взаимодействующих усилители, предполагая, что эффект суммирования результата усилители в выражении увеличение гена уровнях34,35. Во-вторых естественным выражение в Пирс, которые подключены к же генов, экспрессия которых зависит от eQTLs35обогащены локусов количественных признаков (eQTLs). В-третьих путем интеграции путешествие57 и данных PCHi-C, Кэрнс et al. обнаружили, что путешествие репортер генов сопоставление Пирс в мыши ЭСК Показать сильнее репортер экспрессии генов, чем репортер генов в интеграции сайтов в регионах, не взаимодействующих промоутер 58, указав, что Пирс обладают транскрипционный анализ нормативной деятельности. Вместе эти результаты показывают, что промоутер interactomes обнаружили PCHi-C в различных мыши и типы клеток человека включают в себя ключевые нормативные модули для управления выражения гена.
Стоит отметить, что усилители представляют лишь малую долю (~ 20%) из всех Пирс, обнаружили PCHi-C33,34. Другие пиры могут иметь структурные или топологических ролей, вместо того, чтобы прямые транскрипционный анализ регулирующих функций. Однако есть также доказательства того, что PCHi-C может раскрыть элементы ДНК с функции регулирования, которые не гавани классической усилитель знаки. В линии лимфоидных клеток человека промоутер BRD7 было обнаружено взаимодействовать с регионом лишенный знаков Улушитель, что было показано, обладают усилитель активность Репортер ген анализов33. Нормативные элементы с аналогичными характеристиками могут быть более обильны, чем в настоящее время высоко. Например основанный ТРИФОСФАТЫ экран для регулирования ДНК элементы выявленных немаркированных регуляторных элементов (Урес) которые контролируют экспрессию генов, но лишены усилитель марки59.
В других случаях было показано PIRs гавани хроматина знаков, связанные с транскрипционный анализ репрессий. Пирс и взаимодействующих промоутеров, обязательность PRC1 в мыши ЭСК занимались обширные пространственные сети репрессированных генов, учитывая что репрессивные Марк H3K27me37. В человеческой лимфобластоидных клетках элемент далекой, взаимодействующих с BCL6 промоутер репрессированных трансген Репортер ген выражение33, предполагая, что он может функционировать для подавления BCL6 транскрипции в своем собственном контексте.
Пирс, обогащенного для размещения белка хроматина изолятор CTCF в человеческих ЭСК и NECs37 может представлять еще один класс Пирс. Вместе эти результаты показывают, что Пирс гавани коллекцию гена регулирования деятельности еще функционально охарактеризовать.