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在細胞中捕捉3D基因結構的祕密：Hi-C是怎麼做到的？
在現代基因組學的海洋中，科學家們不斷探索DNA的奇妙結構與功能。而Hi-C技術無疑是其中的一個金色鑰匙。這種高通量的基因組和表觀基因組技術主要用於捕捉染色質的構象，並受到廣泛關注。透過結合3C技術和新一代測序技術，Hi-C能夠全面檢測細胞核內的基因組相互作用，從而為研究基因功能提供了全新的視角。
Hi-C在基因組學的進步中，被視為質的飛躍，標誌著3D基因組學的開始。
Hi-C的基本流程包含了幾個步驟。首先，使用甲醛交聯染色質；然後將染色質溶解並打斷，通過重連交互位點來創建基因組文庫的嵌合DNA分子。將其相對豐度與三維空間中染色質片段交互的概率進行關聯，從而展現基因結構的複雜性。
這一技術的興起，開啟了基因組結構的新視野，特別是在解析染色質的生物物理性質以及基因和調控元件之間的關係上，表現尤為突出。
歷史沿革
Hi-C初期是一項低解析度、高噪音的技術，僅可描述大約100萬個碱基對的染色質互動區域。而隨著時間的推移，這項技術經歷了多次改良，顯著提高了其解析度和效率。
在2017年，研究人員描述了Hi-C 2.0協議，能夠實現千碱基對的解析度。
這些改進的技術使得科學家們能夠更詳細地觀察染色體的形狀和頂層關聯區域（TADs）。目前，已有多個Hi-C衍生技術得以問世，這些技術針對標準Hi-C的不同方面進行了優化，但其基本原則依然保持不變。
傳統Hi-C的工作流程
傳統Hi-C的工作流程十分精細，首先將細胞與甲醛交聯，然後利用限制性內切酶進行酶切，以生成5'突出端的DNA片段。這些片段經過特定的操作後，附加上生物素標記，以便於後續的純化與擴增。由于Hi-C捕捉的基因組交互作用非常龐大，因此需要充分分析合適的大樣本大小，以涵蓋那些在一般人群中可能僅被觀察到的獨特交互作用。
一個理想的Hi-C樣本需要20至25百萬個細胞來確保高解析度的庫複雜性。
此外，Hi-C的過程中，甲醛的交聯過程是保持染色質結構至關重要的一步，其有效性會受到多種因素影響，包括細胞的類型及培養條件。
Hi-C的應用與挑戰
Hi-C的實際應用範圍已擴展至細胞增長與分裂、轉錄調控以及基因命運決定等多個生物學領域。然而，這項技術目前仍面臨著高輸入細胞數的成本及深度分析需求等挑戰。
標準Hi-C高達5億對測序讀取的需求，使其高成本且難以在某些範疇使用。
為了解決這些挑戰，變種的Hi-C技術已經相繼應運而生，這些變種包括了低噪音改進系統及單細胞Hi-C，旨在提供更高的解析度和更低的細胞數需求。
未來的展望
隨著Hi-C和其他基因技術的進步，科學家們問自己：如何能夠運用這些技術來解開更複雜的基因調控機制與疾病機理？
