scHi-C：全新单细胞三维基因组测序技术
项目简介
基因组的三维结构对基因表达、调控、细胞命运决定等功能有重要的影响。单细胞三维基因组测序技术（scHi-C），可以发现不同类型细胞的染色质拓扑结构差异，解析细胞类型特异的基因调控网络。
表观生物通过利用商业化的细胞包裹微滴产生平台，结合生物素标记和Tn5转座技术，通过链霉亲和素磁珠富集，实现了对单个细胞内染色质三维互作的高效捕获，可在一次实验中获得上万个单细胞的染色质高级结构，大大缩短了实验周期和建库成本。
技术流程
技术应用
1. 分析单细胞水平染色质高级结构，揭示不同细胞间的三维基因组差异
2. 分析细胞分化过程中染色质结构的变化，构建细胞谱系树，揭示不同细胞类型的分化轨迹
3. 识别并验证远距离调控元件如何通过染色质结构影响基因表达，为肿瘤异质性或药物靶点提供依据
送样要求
样本类型
细胞或组织样本，具体要求请详询
样本物种：
仅限人和大小鼠
分析内容
基本分析
1. 细胞数目鉴定
2. 基因组比对
3. Hi-C互作整体质控
4. 互作counts计算
5. 低质量细胞过滤
6. 标准化
7. PCA主成分降维
8. tSNE或UMAP降维
9. 细胞cluster鉴定
高级分析
1. Hi-C互作矩阵的可视化
2. cluster全基因组互作热图
3. cluster的A/B compartments分析
4. cluster的TAD结构域鉴定分析
5. cluster的loop互作鉴定
图1. 质控结果
结果示例
图2. 互作矩阵图
图3. 降维UMAP图[1]
图4. TAD结构域鉴定分析[1]
图5. A/B compartments分析[1]
图1. 不同细胞类型特异的染色质结构特征和基因调控程序
研究案例
这篇文章作者使用单细胞Hi-C技术“Droplet Hi-C”绘制了小鼠皮层染色质结构图谱，并成功区分了主要的皮层细胞类型，揭示了不同细胞类型特异的染色质结构特征和基因调控程序。其次，单细胞Hi-C被用于分析人胶质母细胞瘤、结直肠癌和血癌细胞中的拷贝数变异、结构变异和ecDNA，揭示了治疗过程中克隆动态和其他致癌事件，例如区分了MYC基因在ecDNA和HSR上的不同染色质结构特征。更进一步，该技术被应用于研究erlotinib处理前后GBM39细胞中ecDNA的异质性和演变，以及原发性胶质母细胞瘤样本中的异质性。
此外，研究人员还开发了一种深度学习模型，用于从单细胞Hi-C数据中准确识别ecDNA。最后，文章介绍了Paired Hi-C，一种可以同时检测单细胞染色质结构和转录组的技术，并将其应用于小鼠皮层和人外周血单个核细胞，探索了染色质结构与基因表达之间的关系，例如揭示了ecDNA结构与基因表达之间的复杂联系以及ecMYC的反式互作模式变化与不同转录反应之间的关联。
图2. 分析人胶质母细胞瘤、结直肠癌和血癌细胞中的拷贝数变异、结构变异和ecDNA
图3. GBM39 细胞在erlotinib处理前后，ecMYC的局部染色质结构和CNV的变化
参考文献
[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.