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/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
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。
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×）
RNA-seq：20 M reads /样本（6G）
数据库数据：
U266细胞系的ChIP-seq 数据；
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WWOX和MAF。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。
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。
3、compartments A/B转换与基因表达变化
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。
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。
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IL1R2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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