真核细胞核中的染色质通过折叠成高度复杂、动态的高级结构，调控细胞中DNA转录、复制、损伤修复等重要功能。因此，探索染色质的空间构象对了解真核细胞中的这些功能非常必要。近年来，研究人员开发了包括Hi-C、ChIA-PET、HiChIP技术在内的多种捕获全基因组水平染色质空间结构的测序技术，极大地丰富了我们对染色质折叠及转录调控的认识。但是这些方法存在一些各自的局限性：ChIA-PET、HiChIP及PLAC-seq技术依赖蛋白抗体，仅能捕获空间上受某一种目标蛋白所介导的DNA相互作用；Hi-C技术若要达到观测调控元件的精度需要Tb数量级的测序深度；Capture Hi-C技术只能捕获到靶序列区域的相互作用。BL-Hi-C技术依赖“GGCC”酶切位点，富集高GC含量区域的活跃染色质间的相互作用。综上所述，一种不依赖于探针序列及蛋白抗体、用染色质开放程度为富集条件、直接高效富集全基因组活跃转录调控元件间相互作用的技术需要被开发。






图1 OCEAN-C实验原理






研究组结合了FAIRE-seq技术及Hi-C技术的关键步骤，开发出了一种可以不依赖蛋白抗体及靶序列的OCEAN-C技术（图1）。在OCEAN-C技术中，染色质首先被甲醛交联；随后，染色质被限制性内切酶（MboI）消化；DNA末端修复时被连入带有生物素标记的脱氧核糖核苷酸；随后空间存在相互作用的DNA被连接；超声打断染色质后，开放染色质被酚-氯仿抽提；最后，存在相互作用的开放染色质因为连有生物素信号，能被磁力架富集。与其他技术相比，1）OCEAN-C技术不仅能检测到TAD、compartments等三维基因组结构，而且同时富集开放染色质区域及这些开放染色质之间的相互作用；2）研究组在三种B细胞相关细胞系（U266，RPMI8226，GM12878)中应用了OCEAN-C技术，发现三种细胞中均有近10000个开放染色质相互作用中心（HOCI）。HOCI长度在1kb左右，以活跃启动子及增强子为主，并结合有大量转录相关蛋白。许多HOCI也与Super-enhancer、broad H3K4me3区域有重合，帮助理解这些新发现的重要调控区域内部和之间的互作（图2）；3）HOCI作为相互作用网络的重要节点，与其他开放染色质互作，形成全基因组开放染色质相互作用网络，调控基因表达。






图2 OCEAN-C发现的开放染色质相互作用热点HOCI的表观特征及其相互作用






该研究于2018年4月24日以标题“OCEAN-C: mapping hubs of open chromatin interactions across the genome reveals gene regulatory networks”在Genome Biology期刊发表。北京大学生命科学学院博士后（现为中国人民解放军军事医学科学院博士后）李亭亭、生命科学学院博士生贾璐萌（2014级）为该论文的共同第一作者。曹勇、陈清参与了部分工作。北京大学孙育杰、季雄，中国科学院北京基因组研究所张治华，同济大学张勇等老师对该工作提供了重要帮助和建议。北京大学生命科学学院李程研究员为该论文的通讯作者。该研究由北大-清华生命科学联合中心、北京大学生命科学学院、科技部、国家自然科学基金资助。
编辑：凌薇
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