scHi-C：全新單細胞三維基因組測序技術
scHi-C
單細胞三維基因組測序
基因組的三維結構對基因表達、調控、細胞命運決定等功能有重要的影響。單細胞三維基因組測序技術（scHi-C），可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)不(bu)同(tong)類(lei)型(xing)細(xi)胞(bao)的(de)染(ran)色(se)質(zhi)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)差(cha)異(yi)，解(jie)析(xi)細(xi)胞(bao)類(lei)型(xing)特(te)異(yi)的(de)基(ji)因(yin)調(tiao)控(kong)網(wang)絡(luo)。表(biao)觀(guan)生(sheng)物(wu)通(tong)過(guo)利(li)用(yong)商(shang)業(ye)化(hua)的(de)細(xi)胞(bao)包(bao)裹(guo)微(wei)滴(di)產(chan)生(sheng)平(ping)台(tai)，結(jie)合(he)生(sheng)物(wu)素(su)標(biao)記(ji)和(he)Tn5轉(zhuan)座(zuo)技(ji)術(shu)，通(tong)過(guo)鏈(lian)黴(mei)親(qin)和(he)素(su)磁(ci)珠(zhu)富(fu)集(ji)，實(shi)現(xian)了(le)對(dui)單(dan)個(ge)細(xi)胞(bao)內(nei)染(ran)色(se)質(zhi)三(san)維(wei)互(hu)作(zuo)的(de)高(gao)效(xiao)捕(bu)獲(huo)，可(ke)在(zai)一(yi)次(ci)實(shi)驗(yan)中(zhong)獲(huo)得(de)上(shang)萬(wan)個(ge)單(dan)細(xi)胞(bao)的(de)染(ran)色(se)質(zhi)高(gao)級(ji)結(jie)構(gou)，縮(suo)短(duan)了(le)實(shi)驗(yan)周(zhou)期(qi)和(he)建(jian)庫(ku)成(cheng)本(ben)。
技術流程
技術應用
1. 分析單細胞水平染色質高級結構，揭示不同細胞間的三維基因組差異
2. 分析細胞分化過程中染色質結構的變化，構建細胞譜係樹，揭示不同細胞類型的分化軌跡
3. 識別並驗證遠距離調控元件如何通過染色質結構影響基因表達，為腫瘤異質性或藥物靶點提供依據
送樣要求
樣本類型
細胞或組織樣本，具體要求請詳詢
樣本物種：
僅限人和大小鼠
分析內容
基本分析
1. 細胞數目鑒定
2. 基因組比對
3. Hi-C互作整體質控
4. 互作counts計算
5. 低質量細胞過濾
6. 標準化
7. PCA主成分降維
8. tSNE或UMAP降維
9. 細胞cluster鑒定
高級分析
1. Hi-C互作矩陣的可視化
2. cluster全基因組互作熱圖
3. cluster的A/B compartments分析
4. cluster的TAD結構域鑒定分析
5. cluster的loop互作鑒定
圖1. 質控結果
圖2. 互作矩陣圖
圖3. 降維UMAP圖[1]
圖4. TAD結構域鑒定分析[1]
圖5. A/B compartments分析[1]
圖1. 不同細胞類型特異的染色質結構特征和基因調控程序
研究案例
這篇文章作者使用單細胞Hi-C技術“Droplet Hi-C”huizhilexiaoshupicengransezhijiegoutupu，bingchenggongqufenlezhuyaodepicengxibaoleixing，jieshilebutongxibaoleixingteyideransezhijiegoutezhenghejiyintiaokongchengxu。qici，danxibaoHi-C被用於分析人膠質母細胞瘤、結直腸癌和血癌細胞中的拷貝數變異、結構變異和ecDNA，揭示了治療過程中克隆動態和其他致癌事件，例如區分了MYC基因在ecDNA和HSR上的不同染色質結構特征。更進一步，該技術被應用於研究erlotinib處理前後GBM39細胞中ecDNA的異質性和演變，以及原發性膠質母細胞瘤樣本中的異質性。
此外，研究人員還開發了一種深度學習模型，用於從單細胞Hi-C數據中準確識別ecDNA。最後，文章介紹了Paired Hi-C，一(yi)種(zhong)可(ke)以(yi)同(tong)時(shi)檢(jian)測(ce)單(dan)細(xi)胞(bao)染(ran)色(se)質(zhi)結(jie)構(gou)和(he)轉(zhuan)錄(lu)組(zu)的(de)技(ji)術(shu)，並(bing)將(jiang)其(qi)應(ying)用(yong)於(yu)小(xiao)鼠(shu)皮(pi)層(ceng)和(he)人(ren)外(wai)周(zhou)血(xue)單(dan)個(ge)核(he)細(xi)胞(bao)，探(tan)索(suo)了(le)染(ran)色(se)質(zhi)結(jie)構(gou)與(yu)基(ji)因(yin)表(biao)達(da)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)，例(li)如(ru)揭(jie)示(shi)了(le)ecDNA結構與基因表達之間的複雜聯係以及ecMYC的反式互作模式變化與不同轉錄反應之間的關聯。
圖2. 分析人膠質母細胞瘤、結直腸癌和血癌細胞中的拷貝數變異、結構變異和ecDNA
圖3. GBM39 細胞在erlotinib處理前後，ecMYC的局部染色質結構和CNV的變化
參考文獻
[1] Chang L, Xie Y, Taylor B, et al. Droplet Hi-C enables scalable, single-cell profiling of chromatin architecture in heterogeneous tissues. Nat Biotechnol. Published online October 18, 2024.