全基因组关联分析（GWAS）发现大量与人类复杂疾病关联的风险位点，然而这些位点有将近90%以上都位于非编码区域，给分子层面解释这些变异位点带来很大挑战。Hi-C可绘制基因组loop结构，适用于大规模基因组结构的研究。相较而言，Capture Hi-C可以仅研究感兴趣的目标区域（例如启动子）的基因组相互作用，相同数据量情况下，PcHiC靶标位点的覆盖深度更高，获得互作信息更为丰富，得到的E-P互作loop结构更多更清晰。PcHiC目前已成功应用于多种复杂疾病研究，例如精神分裂症、心血管疾病、自身免疫性疾病、癌症和心力衰竭[1-6]。接下来，我们一起走进三篇近期高分文章，再探捕获Hi-C与GWAS风险位点研究的联系。
#1
冠动脉疾病[7]
文章：Integrative analysis of liver-specific non-coding regulatory SNPs associated with the risk of coronary artery disease
题目：与冠状动脉疾病风险相关的肝脏特异性非编码调控SNP的综合分析
期刊：Amecican journal of human genetics（IF：11.023，2020；Q1）
时间：2021/02
CHi-C材料：HepG2细胞
测序策略：启动子捕获HiC，ChIP-seq（H3K27ac），RNA-seq
概述：
冠状动脉疾病 (CAD)及其并发症心肌梗死（MI）的主要病因是动脉粥样硬化，目前GWAS已经确定了200个冠心病/心肌梗死（CAD/MI）的风险位点，但是这些位点位于非编码区域内，因此关于CAD基因座的功能理解受限。同时，多个研究强调了CAD变异在脂肪组织和肝脏的重要作用。为了将CAD/MI的GWAS研究发现转化为治疗靶点，该研究重点研究了GWAS CAD/MI风险位点，尤其是通过肝细胞特异性增强子发挥作用的部分。
在该篇研究中，研究者通过肝脏相关cis-eQTL分析，以及HepG2细胞的低分辨率启动子捕获Hi-C和ChIP-seq，识别CAD/MI GWAS SNP的潜在靶基因，并分析包含非编码SNP的肝脏特异性增强子所在CAD GWAS基因座的功能。研究总共确定了734个靶基因，其中121个表现出与肝脏相关的性状。
CAD/MI GWAS SNP的潜在靶基因
随后，研究者经由ChIP-seq信号强度、DeepSEA预测和大规模并行报告分析来调查等位基因特异性增强子活性，并推断具有调控作用的因果SNP（causal regulatory SNPs），该分析确定了1277个具有等位基因特异性调节活性的独特SNP，其中有胆固醇稳态重要基因（APOB、APOC1、APOE和LIPA）附近的增强子SNP，这表明基因调控活动的改变可能是另一种通过遗传变异调节血清脂蛋白水平的方式。最后，研究者基于基因编辑技术，对目标三维调控中心的增强子SNP进行了表征，以证明增强子与其靶基因之间的功能联系，展示了许多共享染色质相互作用域的目标基因由于单个增强子的删除/激活而受到影响。总而言之，该研究为CAD通过肝组织作用的遗传基础提供更深入的洞察视角。
肝细胞特异性增强子hubs在炎症条件下的表现
#2
特应性皮炎和银屑病[8]
文章：Chromatin interactions in differentiating keratinocytes reveal novel atopic dermatitis– and psoriasis-associated genes
题目：分化角质形成细胞中的染色质相互作用揭示了新的特应性皮炎和银屑病相关基因
期刊：The journal of allergy and clinical immunology（IF：10.791，2020；Q1）
时间：2021/05
CHi-C材料：人类分化角质形成细胞
测序策略：启动子捕获Hi-C，ChIP-seq（H3K27ac）数据，RNA-seq数据
概述：
特应性皮炎(AD) 和银屑病（俗称分别是湿疹和牛皮癣）是病因复杂的皮肤炎症性疾病，多个研究通过GWAS发现了493个与AD和银屑病相关的SNP，其中大多数位于非编码区域，且靶基因在很大程度上仍有待探索。该研究通过将这些非编码变异与它们调节的基因联系起来，为AD和银屑病发展提供新见解。
实验设计
本研究将Capture Hi-C应用于三个生长时间（第0，3，7天）的人类分化角质形成细胞，以21479个启动子和214个GWAS变异为目标，构建了分化过程中人类角质形成细胞的基因组三维图谱，并将基因表达和ChIP-seq（H3K27Ac）相结合，以确定GWAS变异的特级靶基因。随后，通过报告基因检测（reporter assays）和CRISPRa验证许多的增强子变异，以及与已发表研究中患者表达基因进行核对，发现新的潜在疾病基因。
表皮分化复合体区域的相互作用
该研究鉴定了AD和银屑病82个GWAS变异的118个靶基因。118个靶基因中有58个(49%)在AD或银屑病病灶中发生差异表达，其中许多以前未出现在任何皮肤病相关的报道，并且研究重点关注了AFG1L、CLINT1、ADO、LINC00302和RP1-140J1.1基因，为它们在AD和银屑病中的潜在作用提供了进一步的证据。本研究的重点是通过研究角质形成细胞分化过程中GWAS变异的相互作用特征来研究皮肤屏障病理学，提供了可以调节AD和银屑病风险的候选基因目录。鉴于只有35%的靶基因是最接近已知GWAS变异的基因，该研究将有助于发现与AD和银屑病相关的新致病途径。
#3
肾细胞癌[9]
文章：Altered regulation of DPF3, a member of the SWI/SNF complexes, underlies the 14q24 renal cancer susceptibility locus
题目：肾癌风险位点的潜在机制
期刊：Amecican journal of human genetics（IF：11.023，2020；Q1）
时间：2021/08
测序策略：WES，RNA-seq，捕获Hi-C，ATAC-seq，ChIP-seq（H3K27ac）
CHi-C材料：人类肾癌细胞系（ACHN）和表达SV40大T抗原的人类细胞系突变体（HEK293T）
概述：
肾细胞癌（RCC）在全球每年有30万以上的确诊病例，GWAS已识别到13个显著的RCC易感区域。该研究调查了其中的一种-14q24 RCC易感风险位点的潜在机制。
本研究通过大规模平行报告基因分析（MPRA）、eQTL分析和荧光素酶测定验证，在 14q24鉴定了前哨SNP rs4903064对BAF SWI/SNF复合体的DPF3基因表达具有等位基因特异性影响 ，其中首先通过MPRA识别rs4903064具有最显著的等位基因效应，并结合多种肾癌的染色质开放性数据展示其为等位基因特异性结合位点。随后通过cis-eQTL调查该区域对下游的调控活动，发现rs4903064-C风险等位基因和较高水平的DPF3有关，联合capture Hi-C分析rs4903064和DPF3之间的相互作用，以及H327ac ChIP-seq信号，进一步证实了rs4903064在DPF3基因表达担当增强子的作用。最后通过荧光素酶测定验证了rs4903064的等位基因增强子活性，同时该位点是等位基因特异性蛋白结合位点。
rs4903064和DPF3之间的互作
接下来，研究者发现肾细胞系中DPF3基因过表达会引起细胞生长速度增加并改变染色质的开放性和基因表达，从而抑制细胞凋亡和激活致癌途径，经由siRNA干扰多个DPF3失调基因会降低生长速度。研究结果表明，DPF3（BAF复合体的组成部分，SWI/SNF复合体的一部分）的种系变异可减少细胞凋亡以及激活STAT3通路，这两者在RCC癌变中都至关重要。此外，研究表明14q24 RCC基因座中DPF3表达的改变可以通过调节肿瘤细胞因子分泌和免疫细胞活化来影响RCC免疫治疗的有效性。该研究确定了SWI/SNF复合体之一（更具体地说是BAF复合体）的种系等位基因特异性效应，确定了DPF3在RCC肿瘤发生中的作用，并阐明了14q24 RCC风险区域的生物学机制。
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参考文献：
[1] O. Akerborg, R. Spalinskas, et al.High-resolution regulatory maps connect vascular risk variants to disease-related pathways,Circ Genom Precis Med, 12 (2019), Article e002353
[2] A.F. Pardinas, P. Holmans, et al.Common schizophrenia alleles are enriched in mutation-intolerant genes and in regions under strong background selection, Nat Genet, 50 (2018), pp. 381-389
[3] P. Rajarajan, T. Borrman, et al. Neuron-specific signatures in the chromosomal connectome associated with schizophrenia risk, Science, 362 (2018)
[4] P. Martin, A. McGovern,et al. Capture Hi-C reveals novel candidate genes and complex long-range interactions with related autoimmune risk loci, Nat Commun, 6 (2015), p. 10069
[5] J.S. Baxter, O.C. Leavy,et al. Capture Hi-C identifies putative target genes at 33 breast cancer risk loci, Nat Commun, 9 (2018), p. 1028
[6] M. Arvanitis, E. Tampakakis, et al. Genome-wide association and multi-omic analyses reveal ACTN2 as a gene linked to heart failure, Nat Commun, 11 (2020), p. 1122
[7] Selvarajan I, Toropainen A, Garske K M, et al. Integrative analysis of liver-specific non-coding regulatory SNPs associated with the risk of coronary artery disease[J]. The American Journal of Human Genetics, 2021, 108(3): 411-430.
[8] Sahlén P, Spalinskas R, Asad S, et al. Chromatin interactions in differentiating keratinocytes reveal novel atopic dermatitis–and psoriasis-associated genes[J]. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 2021, 147(5): 1742-1752.
[9] Colli L M, Jessop L, Myers T A, et al. Altered regulation of DPF3, a member of the SWI/SNF complexes, underlies the 14q24 renal cancer susceptibility locus[J]. The American Journal of Human Genetics, 2021.
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