Hi-C / 3D genome (Chromatin Conformation Capture)
一行要約
Hi-C は formaldehyde crosslinking + restriction digestion + proximity ligation で genome-wide な chromatin 接触頻度行列を取得する 3D genome 手法。A/B compartment / TAD / loop / ecDNA hub / enhancer-promoter interaction を解像し、cancer 領域では ecDNA 上の cooperative oncogene 発現 Hung et al. Nature 2021, super-enhancer hijacking, chromothripsis の rearrangement 構造解明で不可欠。Micro-C は MNase 使用で 100 bp 解像度、scHi-C は per-cell 3D 構造解析を可能にする。
原理
(1) 細胞 / 核を formaldehyde で crosslink。(2) restriction enzyme (HindIII / DpnII / MboI) で chromatin 切断。(3) sticky end fill-in + biotin 標識。(4) proximity ligation で物理的に近接する DNA fragment を連結。(5) DNA 抽出 → biotin pulldown → Illumina sequencing → 接触行列 (contact matrix) 構築。(6) 解析: Juicer / Cooler / HiC-Pro pipeline で normalization, A/B compartment (PCA), TAD calling (Insulation Score / TopDom), loop calling (HICCUPS / SIP)。
Micro-C は MNase で nucleosome resolution、Capture Hi-C は標的領域 enrichment で cost 削減、scHi-C は per-cell barcode で 3D heterogeneity 解析。
主要エビデンス / 適用領域
- ecDNA hub: Hung et al. Nature 2021 が ecDNA molecule 同士が hub 構造を形成し cooperative intermolecular oncogene 発現を駆動することを Hi-C + imaging で実証
- Super-enhancer hijacking: SCLC で MYC 群 super-enhancer の TAD boundary 越え hijacking
- Chromothripsis structure: complex rearrangement の topological reconstruction (long-read + Hi-C 統合)
- Lung cancer compartment: TKI 耐性での A/B compartment switch、epigenetic plasticity 構造的基盤
- Enhancer-promoter rewiring: oncogene-specific enhancer interaction の cell-state 依存変化
適用分野と限界
- 強み: genome-wide 3D contact、ecDNA / SV / TAD の topological 解像、super-enhancer hijacking 検出
- 限界: bulk では heterogeneity 平均化、scHi-C は data sparsity、深い library (>1B reads) で初めて loop 解析可能、cost 高い、解析 pipeline の標準化途上
Open Questions
- scHi-C の throughput / accuracy 向上
- ecDNA hub の機能的標的化 (BET 阻害剤等との rationale)
- Spatial Hi-C (organelle-specific 3D) の確立
- Real-time 3D dynamics: live-cell imaging との統合
関連エンティティ
- 補完手法: ChIP-seq / Cut-and-Tag / scATAC-seq / Long-read-RNA-seq / Nanopore-long-read
- 関連遺伝子: MYC / MYCN / EZH2 / BRD4
- 関連概念: Chromothripsis-ecDNA / Lineage-plasticity / Genomic-instability-cancer