Name: hi-c: a method to study the three-dimensional architecture of genomes.
Uploaded: 2010-05-06T17:00:00
Duration: 22 min 27 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Hi-C: A Method to Study the Three-dimensional Architecture of Genomes. at JoVE.com

Vi tackar A. Kosmrlj för diskussioner och kod, AP Aiden, XR Bao, M. Brenner, D. galor, W. Gosper, A. Jaffer, A. Melnikov, A. Miele, G. Giannoukos, C. Nusbaum, AJM Walhout , L. Wood, och K. Zeldovich för diskussioner, och L. Gaffney och B. Wong för hjälp med visualisering. Med stöd av en Fannie och John Hertz Foundation examen gemenskap, en National Defense Science and Engineering examen gemenskap, en NSF examen gemenskap, National Space Biomedical Research Institute, och ge nej. T32 HG002295 från National Human Genome Research Institute (NHGRI) (EL), i2b2 (Informatik för att integrera biologi och sängen), NIH-stödda Center for Biomedical Computing vid Brigham and Women s Hospital (LAM), bidrag nr. HG003143 från NHGRI och en Keck stiftelsen framstående unga forskare Award (JD). Raw och kartlagt Hi-C sekvens data har deponerats vid GEO-databasen ( <a href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/">www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/</a> ), anslutning nr. GSE18199. Ytterligare visualiseringar finns på <a href="http://hic.umassmed.edu">http://hic.umassmed.edu</a> .

<ol>
	<li>Lieberman-Aiden, E., Van Berkum, N. L., Williams, L., Imakaev, M., Ragoczy, T., Telling, A., Amit, I., Lajoie, B. R., Sabo, P. J., Dorschner, M. O., Sandstrom, R., Bernstein, B., Bender, M. A., Groudine, M., Gnirke, A., Stamatoyannopoulos, J., Mirny, L. A., Lander, E. S., Dekker, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+mapping+of+long-range+interactions+reveals+folding+principles+of+the+human+genome.">Comprehensive mapping of long-range interactions reveals folding principles of the human genome.</a> Science. 326, 289-293 (2009).</li><li>Kosak, S. T., Groudine, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Form+follows+function:+the+genomic+organization+of+cellular+differentiation.">Form follows function: the genomic organization of cellular differentiation.</a> Genes and Dev. 18, 1371-1384 (2004).</li><li>Misteli, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beyond+the+sequence:+cellular+organization+of+genome+function.">Beyond the sequence: cellular organization of genome function.</a> Cell. 128, 787-800 (2007).</li><li>Dekker, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+Regulation+in+the+Third+Dimension.">Gene Regulation in the Third Dimension.</a> Science. 319, 1793-1794 (2008).</li><li>Cremer, T., Cremer, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chromosome+territories,+nuclear+architecture+and+gene+regulation+in+mammalian+cells.">Chromosome territories, nuclear architecture and gene regulation in mammalian cells.</a> Nat Rev Genet. 2, 292-301 (2001).</li><li>Sexton, T., Schober, H., Fraser, P., Gasser, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+regulation+through+nuclear+organization.">Gene regulation through nuclear organization.</a> Nat Struct and Mol Biol. 14, 1049-1055 (2007).</li><li>Dekker, J., Rippe, K., Dekker, M., Kleckner, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capturing+Chromosome+Conformation.">Capturing Chromosome Conformation.</a> Science. 295, 1306-1311 (2002).</li><li>Zhao, Z., Tavoosidana, G., Sj&#246;linder, M., G&#246;nd&#246;r, A., Mariano, P., Wang, S., Kanduri, C., Lezcano, M., Sandhu, K. S., Singh, U., Pant, V., Tiwari, V., Kurukuti, S., Ohlsson, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circular+chromosome+conformation+capture+(4C)+uncovers+extensive+networks+of+epigenetically+regulated+intra-+and+interchromosomal+interactions.">Circular chromosome conformation capture (4C) uncovers extensive networks of epigenetically regulated intra- and interchromosomal interactions.</a> Nat Genet. 38, 1341-1347 (2006).</li><li>Simonis, M., Klous, P., Splinter, E., Moshkin, Y., Willemsen, R., de Wit, E., van Steensel, B., de Laat, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nuclear+organization+of+active+and+inactive+chromatin+domains+uncovered+by+chromosome+conformation+capture-on-chip+(4C)+uncovers+extensive+networks+of+epigenetically+regulated+intra-+and+interchromosomal+interactions.">Nuclear organization of active and inactive chromatin domains uncovered by chromosome conformation capture-on-chip (4C) uncovers extensive networks of epigenetically regulated intra- and interchromosomal interactions.</a> Nat Genet. 38, 1348-1354 (2006).</li><li>Dostie, J., Richmond, T. A., Arnaout, R. A., Selzer, R. R., Lee, W. L., Honan, T. A., Rubio, E. D., Krumm, A., Lamb, J., Nusbaum, C., Green, R. D., Dekker, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chromosome+Conformation+Capture+Carbon+Copy+(5C):+A+massively+parallel+solution+for+mapping+interactions+between+genomic+elements.">Chromosome Conformation Capture Carbon Copy (5C): A massively parallel solution for mapping interactions between genomic elements.</a> Genome Res. 16, 1299-1309 (2006).</li><li>Miele, A., Dekker, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+Cis-+and+Trans+Chromatin+Interaction+Networks+Using+Chromosome+Conformation+Capture+(3C).">Mapping Cis- and Trans Chromatin Interaction Networks Using Chromosome Conformation Capture (3C).</a> Methods Mol Biol. 464, 105-121 (2009).</li><li>Maccallum, I., Przybylski, D., Gnerre, S., Burton, J., Shlyakhter, I., Gnirke, A., Malek, J., McKernan, K., Ranade, S., Shea, T. P., Williams, L., Young, S., Nusbaum, C., Jaffe, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ALLPATHS+2:+small+genomes+assembled+accurately+and+with+high+continuity+from+short+paired+reads.">ALLPATHS 2: small genomes assembled accurately and with high continuity from short paired reads.</a> Genome Biol . 10, R103-R103 (2009).</li></ol>

En preliminär patent på Hi-C-metoden (nr 61/100, 151) är under översyn.

Vi presenterar en metod för att studera den 3-dimensionella strukturen av genomet genom att kartlägga kromatin interaktioner i en opartisk, Genomvid sätt. De mest kritiska experimentella steget vad som skiljer denna teknik bortsett från tidigare arbeten - är införlivandet av biotinylerad nukleotider vid begränsningen ändarna av tvärbunden fragment innan trubbig slut ligatur. Utföra detta steg framgångsrikt möjliggör djup sekvensering av alla ligation korsningar, och ger Hi-C dess omfattning och styrka. Antalet läsningar i slutändan kommer att avgöra upplösningen av interaktionen kartor. Här är en 1 Mb interaktion kartan för den mänskliga arvsmassan presenteras med hjälp av ~ 30 miljoner alignable läser. För att öka &quot;all-purpose&quot; upplösning med en faktor n, måste antalet läsningar ökas med en faktor n 2. Hi-C tekniken kan lätt kombineras med andra tekniker, såsom hybrid capture efter bibliotek generationen (för att rikta specifika delar av genomet) och kromatin immunoprecipitation efter ligatur (att undersöka kromatinet miljön i områden associerade med specifika proteiner).

Erratum:

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Protease inhibitors</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Sigma</td>
<td>P8340-5ml</td>
<td>Step 1.2</td>
</tr>
<tr>
<td>biotin-14-dCTP</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Invitrogen</td>
<td>19518-018</td>
<td>Step 1.6</td>
</tr>
<tr>
<td>Klenow</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>NEB</td>
<td>M0210</td>
<td>Steps 1.6 and 2.2</td>
</tr>
<tr>
<td>T4 DNA ligase</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Invitrogen</td>
<td>15224</td>
<td>Step 1.9</td>
</tr>
<tr>
<td>T4 DNA polymerase</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>NEB</td>
<td>M0203</td>
<td>Steps 1.17 and 2.2</td>
</tr>
<tr>
<td>10x ligation buffer</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>NEB</td>
<td>B0202</td>
<td>Steps 2.2 and 3.4</td>
</tr>
<tr>
<td>T4 PNK</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>NEB</td>
<td>M0201</td>
<td>Step 2.2</td>
</tr>
<tr>
<td>Klenow (exo-)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>NEB</td>
<td>M0212</td>
<td>Step 2.3</td>
</tr>
<tr>
<td>Dynabeads MyOne Streptavin C1 Beads</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Invitrogen</td>
<td>650.01</td>
<td>Step 3.2</td>
</tr>
<tr>
<td>T4 DNA ligase HC</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Enzymatics</td>
<td>L603-HC-L</td>
<td>Step 3.5</td>
</tr>
<tr>
<td>Phusion HF mastermix</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>NEB</td>
<td>F531</td>
<td>Step 3.8</td>
</tr>
<tr>
<td>Ampure beads</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Beckman Coulter</td>
<td>A2915</td>
<td>Step 3.9</td>
</tr>		</tbody>
		</table>
		</div>

hi-c: a method to study the three-dimensional architecture of genomes.

Den tredimensionella vikning av kromosomer compartmentalizes genomet och och kan ge avlägsna funktionella element, såsom initiativtagare och medel, i nära rumslig närhet 2-6. Dechiffrera relationen mellan kromosom organisation och arvsmassan verksamhet kommer stödet att förstå genomiska processer som transkription och replikation. Dock är lite känt om hur kromosomerna gånger. Mikroskopi kan inte skilja stort antal loci samtidigt eller vid hög upplösning. Hittills krävs detektion av kromosomala interaktioner med Capture kromosom konformation (3C) och senare anpassningar valet av en uppsättning mål loci, vilket gör analyser över hela arvsmassan omöjligt 7-10. Vi utvecklade Hi-C, en förlängning av 3C som kan identifiera långväga interaktioner i en opartisk, genomet hela mode. I Hi-C celler fixeras med formaldehyd, vilket gör att interagera loci att vara bundna till varandra med hjälp av kovalenta DNA-protein tvärbindningar. När DNA därefter är fragmenterad med en begränsning enzym, förblir dessa loci länkade. En biotinylerad rester ingår som 5 &#39;överhäng fylls i. Därefter trubbig slut ligatur utförs under späd villkor som gynnar ligation händelser mellan tvärbunden DNA-fragment. Detta resulterar i en genomet hela bibliotek av ligation produkter, motsvarande par fragment som ursprungligen var i nära anslutning till varandra i kärnan. Varje ligatur produkt är märkt med biotin på platsen för korsningen. Biblioteket är klippt och korsningar dras ned med streptavidin pärlor. Det renade korsningar kan därefter analyseras med en hög genomströmning sequencer, vilket resulterar i en katalog av samverkande fragment. Direkt analys av den resulterande kontakt matrisen visar många drag av genomiska organisationen, såsom förekomsten av kromosom territorier och förmånliga sammanslutning av små gen-rika kromosomer. Korrelationsanalys kan tillämpas på kontakten matris, som visar att det mänskliga genomet är uppdelade i två fack: ett mindre tätt packade fack som innehåller öppna, tillgängliga och aktiva kromatin och en tätare fack som innehåller slutna, otillgängliga, och inaktiva kromatin regioner. Slutligen avslöjade ensemble analys av kontakt matris, tillsammans med teoretiska härledningar och beräkningsmetoder simuleringar, att vid megabase skala Hi-C avslöjar funktioner förenlig med en fraktal globule konformation.

Watch this Scientific Journal Video about Hi-C: A Method to Study the Three-dimensional Architecture of Genomes. at JoVE.com

Hi-C: A Method to Study the Three-dimensional Architecture of Genomes.

Hi-C metoden tillåter objektiva, genomet hela identifiering av kromatin interaktioner (1). Hi-C par närhet ligation och massivt parallella sekvensering. Den resulterande data kan användas för att studera genomiska arkitektur på flera skalor: första resultaten identifierade funktioner som kromosom territorier, segregering av öppna och slutna kromatin och kromatinstrukturen på megabase skala.

Hi-C: En metod för att studera den tredimensionella arkitektur för ledare.

The three-dimensional folding of chromosomes compartmentalizes the genome and and can bring distant functional elements, such as promoters and enhancers, ...

Research

JoVE Journal

Biology

Testing Visual Sensitivity to the Speed and Direction of Motion in Lizards

Testa Visual Känsligheten för hastighet och rörelseriktning i Ödlor

Testing visual sensitivity in any species provides basic information regarding behaviour, evolution, and ecology. However, testing specific features of ...

Computer-Generated Animal Model Stimuli

Datorgenererade djurmodell Stimuli

Communication between animals is diverse and complex. Animals may communicate using auditory, seismic, chemosensory, electrical, or visual signals. In ...

Microfabrication of Chip-sized Scaffolds for Three-dimensional Cell cultivation

Mikrofabrikation av Chip-storlek Byggnadsställningar för tredimensionell cellodling

Using microfabrication technologies is a prerequisite to create scaffolds of reproducible geometry and constant quality for three-dimensional cell ...

A high-throughput method to globally study the organelle morphology in S. cerevisiae

En hög genomströmning metod för att globalt studera organell morfologi i S. cerevisiae

High-throughput methods to examine protein localization or organelle morphology is an effective tool for studying protein interactions and can help ...

Using High Resolution Computed Tomography to Visualize the Three Dimensional Structure and Function of Plant Vasculature

Använda högupplöst datortomografi för att visualisera den tredimensionella strukturen och funktion växt kärlsystem

High resolution x-ray computed tomography (HRCT) is a non-destructive diagnostic imaging technique with sub-micron resolution capability that is now being ...

Slide Preparation Method to Preserve Three-dimensional Chromatin Architecture of Testicular Germ Cells

Bildberedningsmetod för att bevara tredimensionell kromatinarkitektur av testikelceller

During testicular germ cell differentiation, the structure of nuclear chromatin dynamically changes. The following describes a method designed to preserve ...

FRET Imaging in Three-dimensional Hydrogels

FRET Imaging i Tredimensionella Hydrogeler

Imaging of F&#246;rster resonance energy transfer (FRET)&#160;is a powerful tool for examining cell biology in real-time. Studies utilizing FRET commonly ...

Three-dimensional Reconstruction of the Vascular Architecture of the Passive CLARITY-cleared Mouse Ovary

Tredimensionell rekonstruktion av vaskulär arkitekturen av passiv tydlighet-godkänt mus äggstocken

The ovary is the main organ of the female reproductive system and is essential for the production of female gametes and for controlling the endocrine ...

Combining Chemical Cross-linking and Mass Spectrometry of Intact Protein Complexes to Study the Architecture of Multi-subunit Protein Assemblies

Att kombinera kemisk Cross-linking och masspektrometri av intakt proteinkomplex att studera arkitekturen av flera subenhet Protein församlingar

Proteins interact with their ligands to form active and dynamic assemblies which carry out various cellular functions. Elucidating these interactions is ...

A Proximal Culture Method to Study Paracrine Signaling Between Cells

En Proximal kultur metod att studera parakrin signalering mellan celler

Intercellular interactions play an important role in many biological processes, including tumor progression, immune responses, angiogenesis, and ...