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【6h】

利用Hi-C技术高通量筛选介导染色质相互作用的lncRNAs

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目录

前言

1 染色质相互作用常用研究方法与进展

2 lncRNA介导染色质相互作用的研究进展

3 本课题的研究内容和技术路线

第一章 两组Hi-C文库的构建

1.1 材料

1.1.1 试剂

1.1.2 主要溶液的配置

1.1.3 仪器

1.2 方法

1.2.1 实验准备

1.2.2 细胞培养

1.2.3 Hi-C文库的构建

1.3 结果与讨论

1.3.1 酶切与连接的质控及结果

1.3.2 超声效果与片段的选择性回收

1.3.3 初始文库的DNA总量分析

1.3.4 初始文库扩增质控及扩增结果讨论

1.3.5 RNase处理后样品内RNA含量的检测

1.3.6 小结

第二章 Hi-C文库的质量控制

2.1 材料

2.1.1 试剂

2.1.2 仪器

2.1.3 主要工作溶液配制

2.2 方法

2.2.1 文库的克隆

2.2.2 菌液PCR鉴定阳性克隆

2.2.3 Sanger测序

2.3 结果与讨论

2.3.1 菌液PCR产物电泳结果及分析

2.3.2 Sanger测序数据的分析及结果

2.3.3 讨论

第三章 高通量测序数据的生物信息学分析

3.1 方法

3.1.1 比对与作图

3.1.2 生物学重复的皮尔森相关分析

3.1.3 正常组与处理组的扣减

3.1.4 差异文库1和2的皮尔森相关性分析

3.1.5 将差异文库1和2的共有部分与lncRNA编码基因数据库做overlap

3.1.6 筛选结果的初步分析

3.2 结果与分析

3.2.1 四组文库经Hi-C Pro分析的质检结果与分析

3.2.2 染色体内相互作用热图

3.2.3 两组生物学重复文库的皮尔森相关分析结果

3.2.4 正常组与RNase处理组的扣减结果

3.2.5 差异文库1和2的皮尔森相关性分析结果

3.2.6 差异文库1和2的共有部分与lncRNA编码基因库做overlap的结果

3.3 讨论

第四章 结论

参考文献

附录

附录一 缩略词表

附录二 引物序列

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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摘要

细胞核是真核生物特有的,最大的细胞器。染色质是遗传和表观遗传信息的载体,并且是最大的生物大分子。大约2m长的染色质被折叠进直径小于10μm的细胞核。染色体构象捕获(3C)技术以及一系列它的衍生技术(4C、5C、Hi-C)的发展促进了核结构的研究。这些技术揭示了一些蛋白如CTCF,Cohesin等在染色质折叠和相互作用中发挥重要的作用。最近发现一些lncRNAs也参与了染色质的相互作用。lncRNAs通过与DNA、蛋白质,甚至与RNA本身相互作用,参与了染色质相互作用并调控了核结构的形成,比如XIST,Firre等。因为基因组的大部分编码为ncRNA,我们猜测也许很多lncRNA参与了核结构的调控。但是直到现在,也没有任何系统的关于lncRNA参与染色质相互作用的报道。
  为了在全基因组范围内筛选可能参与染色质相互作用的lncRNAs,我们建立了一种基于Hi-C技术的高通量筛选的方法,它是通过对比RNase处理前后基因组范围的染色质相互作用来实现的。建立高质量的Hi-C文库是整个课题的关键。Hi-C技术是一个多步骤、耗时较长的分子生物学技术,需要多种试剂和仪器。这个技术还不是很成熟,到现在为止它的重复性还不是很好很稳定。通过优化复杂的Hi-C实验中最核心的步骤如交联、酶切、限制性内切酶的失活和原位连接等,我们建立了一个成熟的、稳定的Hi-C建库流程。在初始Hi-C文库进行扩增之后,将GM12878细胞的RNase处理前后的两组生物学重复Hi-C文库进行了高通量测序。在初步的生物信息学分析之后,文库的质量及生物学重复的重复性得到检验。平均来说,原始数据中大概有90%的比对率,72%的配对率。
  此外,在去除自连片段和dangling-ends后,能够获得超过96%的有效相互作用对。相关性分析显示,两组生物学重复的bincoverage和allbinpairs的相关性都极强。所有这些结果进一步证明了优化了的Hi-C建库流程是可靠并且稳定的。在获得了高质量并且高度重复性的文库后,我们进一步对照分析了RNase处理前后样品文库的结果。对比分析显示,在RNase处理之后很多相互作用减弱甚至是消失了。
  在建库过程中也发现,和RNase处理组相比,同样细胞量的正常组得到了1.58倍的初始Hi-C文库(相互作用片段)。在两组生物学重复的正常组和RNase处理组扣减后,我们选择正值前10000对差异相互作用进行下一步的分析。最后发现在RNase处理后消失或减弱的染色质相互作用位点附近存在4081个lncRNAs编码基因。GO注释显示,这4081个lncRNAs编码基因附近的基因主要和细胞膜、Pleckstrinhomology-likedomain、铵离子转运、可变剪接等生物学结构或功能相关。筛选到的这4081个lncRNAs是潜在的可能参与染色质相互作用的,这为进一步研究它们的分子机制和功能提供了一个很好的基础。

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