C技术：助力揭开染色体结构的面纱

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

生物谷：陈博士您好。近日，您在Nature发表了一篇解析小鼠失活X染色体结构特征的文章。可以给我们简单介绍一下这项研究吗？这项研究的成果解决了哪些关键问题？在生物医学领域有怎样的应用价值？

陈重建：X染色体失活是指雌性哺乳类细胞中两条X染色体的其中之一失去活性的现象，过程中X染色体会被包装成异染色质，进而因功能受抑制而沉默化。那长达2m的DNA序列是经过怎样的复杂折叠进而形成严密的三维结构，“安置”在直径7um左右的细胞核中？失活的X染色体在三维结构上到底发生了怎样的变化，导致大部分基因发生沉默？这篇文章利用Hi-C技术，在小鼠高度多态性克隆神经前体细胞（NPCs）和胚胎干细胞中，研究了失活X染色体的结构和表达情况，揭示了失活X染色体的三维结构特征，为研究染色体结构和基因表达的关系提供了强有力的方法，将帮助科学家们更多地了解活细胞中基因组的运作情况；同时有助于开发新的方法，对抗女性X染色体相关的疾病，促进相关疾病的研究与治疗。

生物谷：此项研究是安诺优达与法国居里研究所等机构合作，利用高通量染色体捕获技术（Hi-C）分析出来的。请介绍一下Hi-C在此研究中的应用情况？

陈重建：Hi-C技术源于染色体构象捕获（Chromosome Conformation Capture， 3C）技术，利用高通量测序技术，结合生物信息分析方法，研究全基因组范围内整个染色质DNA在空间位置上的关系，获得高分辨率的染色质三维结构信息。Hi-C技术不仅可以研究染色体片段之间的相互作用，建立基因组折叠模型，还可以应用于基因组组装、单体型图谱构建、辅助宏基因组组装等，并可以与RNA-seq、ChIP-seq等数据进行联合分析，从基因调控网络和表观遗传网络来阐述生物体性状形成的相关机制。在这篇文章中，我们在小鼠高度多态性克隆神经前体细胞（NPCs）和胚胎干细胞中，利用Hi-C测序技术发现在失活的X染色体中，除了“逃离沉默”的基因附近，其他位置失去了有活性和无活性的区室（compartment A/B）以及拓扑结构域（TADs）这些三维结构中的特征结构。此外，结合ATAC-seq、RNA-seq技术，揭示了在失活的X染色体结构重塑中非编码RNA Xist、含有DXZ4 的边界以及多功能转录因子CTCF发挥着重要作用。

生物谷：据了解，您在Hi-C研究方面具有丰富的项目经验，能否介绍一下您的这些项目经验？

陈重建：我在居里研究所期间，就已经开始接触Hi-C相关的研究工作了，回国之后一直与居里研究所保持着学术合作。我们团队不仅致力于开发多样的Hi-C的测序方法，同时也一直在开发Hi-C数据分析软件，目前已经开发了两款Hi-C数据分析软件包（HiC-Pro、HiTC），同时利用Hi-C技术，对X染色体的沉默机制进行了研究，相关研究成果发表在《Nature》、《Bioinformatics》、《Genome Biology》、《Developmental Cell》等期刊上。目前我们公司能够提供动物群体细胞、植物群体细胞的Hi-C测序，将Hi-C技术与杂交捕获技术相结合的捕获Hi-C测序技术。

C技术：助力揭开染色体结构的面纱

生物谷：今年，精准医疗入选我国“十三五”100个重大项目，国内的测序产业、生物信息分析产业都呈“井喷”式增长。安诺优达作为国内第一批将测序技术应用于临床的企业之一，安诺优达在精准医疗领域有哪些成熟的技术和成果？

陈重建： 随着新一代测序技术的快速发展以及测序成本的大幅降低，以解读个人基因组信息为基础的精准医学开始发力，而肿瘤诊治成为精准医学首当其冲的解决目标。在肿瘤精准诊疗领域，安诺优达先后开发了包括肿瘤个体化用药指导基因检测、实体肿瘤个体化诊疗基因检测、遗传性乳腺癌和卵巢癌风险筛查基因检测、血液病基因检测等一系列优秀的产品，并凭借领先的高通量测序平台和生物信息分析平台，在市场上得到了广泛认可，形成了良好的品牌效应。2015年，安诺优达携手中国健康促进基金会，在国内率先启动“乳腺癌高风险人群基因筛查课题”。2016年1月，和解放军总医院合作研究的有关白血病精准分型的文章发表在Oncotarget杂志。

生物谷：请问随着Hi-C技术的发展，未来Hi-C技术是否能应用于精准医疗领域？

陈重建：人类基因组计划从提出到完成，历经了十多年，极大的推动了分子医学的发展。了解了线性序列的基因组信息，但基因在空间和时间上的表达机制，目前还不清楚。这一知识对研究人类的发育机制至关重要，也是研究许多疾病病因的关键。2015年，美国国立卫生研究院（NIH）宣布，将人类染色体的三维结构研究方向视为进一步认知生物学和疾病的重大机遇，并批准立项为共同基金重大项目，即“3D 核小体”（3D-Nucleome）计划，至此开启了基因组学和生物学的后测序时代。比如在癌症的研究中，可以通过Hi-C技术比较癌组织和癌旁组织里染色体三维结构发生的变化，因为正常来说不同人之间染色体的三维结构保守性是比较高的，但是癌细胞的染色体三维结构会发生变化。受限于成本高、操作难度大等因素，目前Hi-C技术应用于临床还有很长一段路要走。相信随着三维基因组学的发展，Hi-C技术的不断升级完善，Hi-C技术将会广泛应用于疾病发生发展的机理研究中。