Hi-C是染色质构象捕获技术结合高通量测序的一种技术,实现了全基因组范围内的染色体片段间的相互作用的捕获。主要是将空间结构临近的DNA片段进行交联,并将交联的DNA片段富集,然后进行高通量测序,对测序数据进行分析,即可揭示染色体片段间的交互信息,阐述染色体三维结构。

作为染色体三维结构与互作研究的利器,Hi-C技术常常与WGS、WGBS、chip-seq、DNase-seq/ATAC-seq、RNA-seq等技术联合使用,从DNA线性序列、表观修饰、组蛋白修饰、三维构象、转录调控等多组学层面,研究肿瘤365彩票/疾病发生发展机制、分化发育机制、畸变机制等。

今天就给大家介绍一篇发表于NC的Hi-C+WGS+RNA-seq+Chip-seq联合研究肿瘤发生机制的经典文章。

研究背景

365彩票由基因组不稳定和有丝分裂缺陷引起的非整倍体可能会导致CNV,进而影响癌症相关基因的mRNA和蛋白表达以及下游增殖通路,也可能进一步诱导染色体错误分离和基因组不稳定性,从而促进肿瘤细胞进化。但是非整倍体在癌症发生和发展中的作用仍知之甚少。

基因组的三维构象与癌症基因组的改变之间相互影响,比如A/B compartment转换与基因表达的变化有关,易位容易发生在空间邻近度较高的区域的双链断点热点。

365彩票在这里,作者对两个非整倍体多发性骨髓瘤(MM)细胞系进行了Hi-C、全基因组测序(WGS)和RNA测序,并结合一些数据库中的相关数据进行了整合分析,以更好地解析非整倍体癌症的分子机制。

研究方法

材料:

两种代表亚型的骨髓瘤细胞系——近三倍体RPMI-8226、近二倍体U266

测序:

Hi-C:400 M reads /样本(40 kb分辨率)

WGS:600 M reads /样本(50×)

365彩票RNA-seq:20 M reads /样本(6G)

数据库数据:

U266细胞系的ChIP-seq 数据;

365彩票正常淋巴母细胞样B细胞(GM12878)的Hi-C、WGS、RNA-seq、ChIP-seq数据;

研究结果

1、染色体间易位影响基因组三维构象

在RPMI-8226中,WGS鉴定出56个染色体间易位事件,其中四个也在top 100的Hi-C染色体间互作中,其中包括RPMI-8226的光谱核型(SKY)图像中检测到t(16,22)(q23,q11)的易位,涉及MM相关基因WWOXMAF。在U266细胞中,鉴定到了80个受易位事件影响的基因,包括癌症相关基因TNIK、FBXW7、TRIM2,其中包含一些之前研究未发现的MM相关基因。此外距离易位位点1 Mb的基因中,有一半以上是相比于正常B细胞差异表达的。MM细胞系的染色体间整体互作count明显高于正常B细胞。总的来说,这些结果表明,癌细胞基因组三维构象受到染色体间易位的影响。

365彩票2、CNV断点与TAD边界相关联

在RPMI-8226细胞中,WGS识别到了596个CNV断点,Hi-C识别到了3457个TAD边界,比较发现CNV断点常出现在TAD边界附近。7.5%CNV断点同时也是TAD边界,30.7%CNV断点位于TAD边界120kb内。CNV断点与其最近的TAD边界之间的距离明显小于位置随机断点。U266细胞中的结果与RPMI-8226细胞中的相似,说明MM细胞CNV断点与TAD边界的相关性。而对正常B细胞中骨髓瘤CNV断点处的平均绝缘分值的分析表明,正常细胞中TAD边界也与癌症CNV断点有关。因此正常细胞中CNV断点容易发生在TAD边界,或者TAD在从正常向肿瘤的转化过程中对破坏具有抵抗能力。

365彩票3、compartments A/B转换与基因表达变化

365彩票结合Hi-C、RNA-seq数据,作者对MM细胞与淋巴母细胞样B细胞系(GM12878)进行了比较,发现与正常B细胞相比,大多数基因组区域在MM细胞中保持相同的compartments。共有8%的基因组区域从正常B细胞的compartment A在MM细胞中转换为compartment B,并与下调基因表达相关。24%的基因组区域从compartment A转换为compartment B,并与上调基因表达相关。

此外,GM12878、RPMI-8226和U266细胞中分别识别出了2756、3457和3342个TAD,TAD大小中值分别为800 kb、600 kb和640 kb。两种MM细胞TAD数量较B细胞均增加1.2倍,且MM细胞TAD长度较小。作者在3个样本中鉴定出1281个保守TAD(TAD重叠超过70%),而仅在2个MM细胞存在的保守TAD有740个。

365彩票这些结果表明,MM细胞的三维基因组结构发生了重组,并与基因表达调控有关。

365彩票4、染色质构象与MM病理

为了探讨B细胞与MM细胞之间三维基因组变化导致的功能性影响,作者对位于MM细胞中6%的compartment B to A的基因组区域中的基因,以及1%的compartment A to B的基因进行KEGG通路分析。通路富集分析显示,这些基因与MM相关通路密切相关,包括MAPK信号通路、N-glycan生物合成、TNF信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用通路。

在A/B compartment转换区域内,发现了一个位于2q11.2-q12.1上的细胞因子受体基因簇,这个区域在正常B细胞中属于compartment A,但在MM细胞中均为compartment B,并且与基因表达下调有关,包括多个白介素IL1R1、IL1R2、IL18R1和细胞因子MAP4K4。这个位点的基因表达的变化与TAD结构、表观遗传标记相关联,但与拷贝数变化不相关。TAD边界与在癌细胞中发生变化的IL1R2365彩票基因接近,癌细胞中活跃增强子标记H3K27ac 和H3K4me1的信号减弱。结合Hi-C数据、WGS数据和基因表达数据,可以在TAD和基因水平上将MM细胞中的空间紊乱和基因表达变化相关联。

小结

作者通过Hi-C对MM的三维基因组进行了研究,并联合WGS、RNA-seq、Chip-seq分析了三维结构(compartment、TAD)、CNV、易位和基因表达之间的关系,从而识别MM相关的通路和关键基因。这些发现拓展了对MM的发生机制以及非整倍体癌症基因组的空间无序性的认识,对MM的临床治疗和药物开发有一定的启示。

 

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