染色体3D结构

真核生物基因组高度压缩，DNA缠绕着由组蛋白构成的核小体，核小体通过紧密排列固缩成染色质，染色质进一步压缩成染色体（下图）。

染色体的3D结构在不同的基因组尺度上折叠成分层结构域，能够实现有效的包装并将基因组划分成各功能区室。染色体在细胞核内占据不同的位置，称为染色体疆域（Chromosome Territories），其可以分成染色体区室（Chromosomal Compartments），并进一步划分为由增强子-启动子接触或CTCF结合介导的拓扑关联结构域（Topologically Associating Domains，TAD）和染色质环（Chromatin Loops），如下图。其中A区室一般是开放的染色质状态，富含活跃转录基因，B区室为关闭的染色质状态，基因被沉默。

染色体构象捕获技术

研究3D基因组空间折叠主要有两种技术：

1.成像方法：例如DNA荧光原位杂交（DNA-FISH），该方法能可视化细胞核中染色体和基因的空间组织状态并且可以达到单细胞分辨率，但通量低，一次只能分析少量基因组位点。

2.染色体构象捕获（Chromosome Conformation Capture, 3C）方法：早期技术主要有4C（Circularized Chromosome Conformation Capture）和5C（Chromosome Conformation

Capture Carbon Copy），但这两种技术只能选择这选择一组目标基因座进行捕获，无法从全基因组视角捕获染色质互作。因此高通量染色体构象捕获技术，即Hi-C（High-throughput Chromosome Conformation Capture）得以开发，该方法基于4C和5C的邻近连接（Proximity ligation）的原理，主要步骤和原理图如下：

a.样本进行甲醛交联并用限制性内切酶消化DNA，留下5’突出末端；

b.5’突出用其中一种有生物素标记的脱氧核苷酸填充；

c.互作的平末端片段进行邻近连接；

d.超声片段化，T4 DNA polymerase处理未连接的生物素标记的末端；

e.链霉亲和素（Streptavidin）磁珠捕获具有生物素标记的连接产物DNA；

f.纯化DNA并建库；

g.二代高通量测序；

h.生物信息学分析。