干細(xì)胞分化時(shí)染色質(zhì)重組情況

干細(xì)胞分化時(shí)的染色質(zhì)重組情況JesseR.Dixon1,2*,InkyungJungl*,SiddarthSelvaraj1,3*,YinShenl,JessicaE.Antosiewicz-Bourget4,AhYoungLee1,ZhenYe1,AudreyKim1,NishaRajagopal1,WeiXie5,YaruiDiao1,JingLiang6,HuiminZhao6,VictorV.Lobanenkov7,JosephR.Ecker8,JamesA.Thomson4,9,10&BingRen1,11高階染色質(zhì)結(jié)構(gòu)正成為一個(gè)新興的基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)器。雖然染色質(zhì)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定在基因組上，其在哺乳動(dòng)物發(fā)展的完整的染色質(zhì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)范圍和譜系規(guī)格還有待確定。通過在人類胚胎干細(xì)胞和四個(gè)人類干細(xì)胞導(dǎo)出譜系定位全基因組染色質(zhì)，在譜系我們發(fā)現(xiàn)廣泛染色質(zhì)重組現(xiàn)象。我們觀察到，盡管自締合染色質(zhì)域在分化期是穩(wěn)定的，染色質(zhì)在域間和域內(nèi)的間顯著的相互作用，改變了36%基因組內(nèi)活躍或不活躍的染色體。通過單倍體解決染色質(zhì)相互作用定位圖和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集，我們發(fā)現(xiàn)多數(shù)的等位基因表達(dá)與等位基因偏倚染色質(zhì)的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子有關(guān)。我們的研究結(jié)果提供了一個(gè)全局視圖的染色質(zhì)動(dòng)態(tài)和研究不同人類細(xì)胞譜系中遠(yuǎn)程控制的研究資源。三維基因組織越來越被認(rèn)為是一個(gè)基因表達(dá)的重要監(jiān)管結(jié)構(gòu)［1-4］。最近高通量的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)研究已經(jīng)開始能闡明我們基因組的全局組織［4-10］。例如，最近我們和其他研究者發(fā)現(xiàn)間期染色體可以分為若干兆基大小的拓?fù)溆蚝洼^小的子域（也稱為拓?fù)潢P(guān)聯(lián)域或TADs）［6-9］。這些TADs形成更高層次的結(jié)構(gòu)像“A”和“B”隔室［5,6］。這些“A”和“B”隔室與基因組的其他功能密切相關(guān)，如早起或晚期DNA復(fù)制時(shí)間和核板關(guān)聯(lián)［11,12］。盡管有這些研究，我們還不能完全了解人類細(xì)胞的染色質(zhì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和它對(duì)細(xì)胞身份的影響。這里我們分析了H1型人類干細(xì)胞和四個(gè)人類干細(xì)胞譜系的全基因組高價(jià)染色質(zhì)，中內(nèi)胚層（ME），間充質(zhì)干細(xì)胞（MS）,神經(jīng)組細(xì)胞（NP）和類滋養(yǎng)細(xì)胞（TB）［13］。這些譜系代表早期發(fā)育胚外和胚內(nèi)在表觀基因組圖譜13中已經(jīng)具有各自特點(diǎn)，在每個(gè)13,14的譜系中已經(jīng)具有含mRNA-seq,13-24組氨酸修飾的ChIP-seq,base-resolutionmethylC-seq和DNaseI高敏（DHS）的數(shù)據(jù)集。同樣的，這些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了一個(gè)用潛在的基因表達(dá)和染色質(zhì)表達(dá)方式來和高價(jià)染色質(zhì)可變性進(jìn)行比較的機(jī)會(huì)。此外，用一個(gè)新的方法來逐步定位高分辨染色率染色體跨度階段的等位基因Lauren捕獲數(shù)據(jù)（Hi-C）［15］，我們逐步定位H1基因組來分析等位基因特異性活動(dòng)和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。據(jù)我們所知，這是目前為止高價(jià)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，等位基因特異性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，和等位基因特異性基因表達(dá)相關(guān)的最全面的數(shù)據(jù)集的分析。數(shù)據(jù)生成和分析我們?cè)贖1型人類干細(xì)胞和每個(gè)四個(gè)人類型譜系中的兩種生物重復(fù)進(jìn)行了Hi-C實(shí)驗(yàn)5，生成了一個(gè)完整的3.85千萬(wàn)的獨(dú)特閱讀對(duì)（補(bǔ)充表1）。我們規(guī)范化Hi-C數(shù)據(jù)16的固有偏差，用許多指標(biāo)證實(shí)我們Hi-Cdata咼重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性數(shù)據(jù)（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1a-b,補(bǔ)充信息表2）。廣泛的A/B室開關(guān)

中002EE.-MFa02ME_：二TB-0.02NP(102NP-0.02MISao2HS-C02Ghr7 | 5MbEE;NPI—INormalizedinteractionfrequencyMSNP TEI MSIMFM?**?*■*匚oQEAHoffl星45體-3言6豈110多43色一當(dāng)punoqtt=-mE8匸旦甬匸旦WBWBND2:o.6z3Bts15 04-!4.BkICH1- 0-■五■??柏l謐團(tuán)1I染色質(zhì)結(jié)枸的動(dòng)態(tài)重組期間人類胚胎干細(xì)胞的分化。a,第一主成分（PC1）值和Hi-C交互熱團(tuán)HIES和Hl-detived譜系。PC1值是用來確定給定地區(qū)的A/F室的位蚤一用正的PC1值代表A隔室（藍(lán)色），用員值表示F室區(qū)域（黃色）o虛線在顯示ES細(xì)胞的邊界。PC1砧-means聚類0520）值在40kb的基因組區(qū)域，改變A/卩室狀態(tài)至少需要一個(gè)譜系。ES*ME*NP*ra+IMRm■u-uU TMEM260IIMil'OTX2?X一"SEPBsOeEIMNTMR97~..T'-i^'l'1C,k-memns聚類pci值周圍的tad邊界（b表示邊界位蠱）。比在分化時(shí)養(yǎng)化分布基因變化狀態(tài)間（或）基因表達(dá)的或者保持不變（“穩(wěn)定”）住*桿,2-2310216,P值通過恥“礙on測(cè)試;可對(duì)應(yīng)四分位范圍）-馬閱讀兩個(gè)基因的基因組,—個(gè)（OTX2）顯示表達(dá)和PC1值之間的一致性而第另一個(gè)（TMEM260）卻沒有°Hi-C相互作用地圖提供了多個(gè)層次的基因組織⑷。先前的研究證明了基因組組織被劃分為A和B隔室，其中包含相對(duì)活躍和不活躍的部分［5,11］。目前，中002EE.-MFa02ME_：二TB-0.02NP(102NP-0.02MISao2HS-C02Ghr7 | 5MbEE;NPI—INormalizedinteractionfrequencyMSNP TEI MSIMFM?**?*■*匚oQEAHoffl星45體-3言6豈110多43色一當(dāng)punoqtt=-mE8匸旦甬匸旦WBWBND2:o.6z3Bts15 04-!4.BkICH1- 0-■五■??柏l謐團(tuán)1I染色質(zhì)結(jié)枸的動(dòng)態(tài)重組期間人類胚胎干細(xì)胞的分化。a,第一主成分（PC1）值和Hi-C交互熱團(tuán)HIES和Hl-detived譜系。PC1值是用來確定給定地區(qū)的A/F室的位蚤一用正的PC1值代表A隔室（藍(lán)色），用員值表示F室區(qū)域（黃色）o虛線在顯示ES細(xì)胞的邊界。PC1砧-means聚類0520）值在40kb的基因組區(qū)域，改變A/卩室狀態(tài)至少需要一個(gè)譜系。ES*ME*NP*ra+IMRm■u-uU TMEM260IIMil'OTX2?X一"SEPBsOeEIMNTMR97~..T'-i^'l'1C,k-memns聚類pci值周圍的tad邊界（b表示邊界位蠱）。比在分化時(shí)養(yǎng)化分布基因變化狀態(tài)間（或）基因表達(dá)的或者保持不變（“穩(wěn)定”）住*桿,2-2310216,P值通過恥“礙on測(cè)試;可對(duì)應(yīng)四分位范圍）-馬閱讀兩個(gè)基因的基因組,—個(gè)（OTX2）顯示表達(dá)和PC1值之間的一致性而第另一個(gè)（TMEM260）卻沒有°域級(jí)的染色體動(dòng)力學(xué)接下來我們研究了亞染色體的高價(jià)染色體結(jié)構(gòu)規(guī)模。先前的研究表明，染色體是由細(xì)胞型不變性的TADs組成［6,8］。在這六個(gè)譜系研究的中，我們觀察到雖然定位的TADs在細(xì)

胞型之間保持穩(wěn)定（圖2）,但域內(nèi)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生很多變化。在域內(nèi)我們觀察到一個(gè)現(xiàn)象，細(xì)胞類型間的整個(gè)域的大部分的隔室相互作用的發(fā)生增加或減少（圖2b）。這表明TADs的子集在一個(gè)給定的譜系進(jìn)行協(xié)調(diào)變化，廣域方面相互作用的頻率改變。每個(gè)譜系中數(shù)百的TADs家族發(fā)生這樣的改變（圖2b和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3d）,這種相互作用頻率的變化或許與活躍的標(biāo)簽如 DNS,H3K27ac和CTCF結(jié)合,負(fù)相關(guān)的壓制性染色質(zhì)修改如H3K27me3和H3K9me3相關(guān)（圖2c,詳情見

MENPTB ?.?島丄4?■ ■Mt-一■:亠—■土■(if--dk.勺逹-詢 MS . .癱作用 ■亠亠4亠丄4*仝—4亠圖2|染色質(zhì)的相互作用頻率的全域改變和染色質(zhì)狀態(tài)a,在H1譜系和IMR90成纖維細(xì)胞中染色質(zhì)相互作用的圖。它也顯示在胚胎干細(xì)胞內(nèi)域的調(diào)用和每個(gè)譜系的方向性指數(shù)（DI）°b,ES和MS中相互作用頻率的變化。ES中動(dòng)頻率高的區(qū)域用藍(lán)色表示,MS中頻率高的區(qū)域用黃色表示。TADs擁有一個(gè)共同的增加或減少域間的相互作用頻率分別貼上黃色或藍(lán)色，并將頻率數(shù)列出。域內(nèi)非共同改變的地方顯示灰色的。C,相互作用頻率變化和染色質(zhì)標(biāo)記間每一個(gè)變化染色體的TADs（n523）箱線圖的皮爾森相關(guān)系數(shù)。法MENPTB ?.?島丄4?■ ■Mt-一■:亠—■土■(if--dk.勺逹-詢 MS . .癱作用 ■亠亠4亠丄4*仝—4亠圖2|染色質(zhì)的相互作用頻率的全域改變和染色質(zhì)狀態(tài)a,在H1譜系和IMR90成纖維細(xì)胞中染色質(zhì)相互作用的圖。它也顯示在胚胎干細(xì)胞內(nèi)域的調(diào)用和每個(gè)譜系的方向性指數(shù)（DI）°b,ES和MS中相互作用頻率的變化。ES中動(dòng)頻率高的區(qū)域用藍(lán)色表示,MS中頻率高的區(qū)域用黃色表示。TADs擁有一個(gè)共同的增加或減少域間的相互作用頻率分別貼上黃色或藍(lán)色，并將頻率數(shù)列出。域內(nèi)非共同改變的地方顯示灰色的。C,相互作用頻率變化和染色質(zhì)標(biāo)記間每一個(gè)變化染色體的TADs（n523）箱線圖的皮爾森相關(guān)系數(shù)。法）。TADs同時(shí)也提高域間的B轉(zhuǎn)向A相互作用頻率，此時(shí)域的A向B的轉(zhuǎn)換頻率往往下降（擴(kuò)增數(shù)據(jù)3e，f）.與這個(gè)變化域的活動(dòng)一致,域內(nèi)基因在染色質(zhì)中的活動(dòng)，增加了域間的相互作用頻率，而基因域內(nèi)的相互作用調(diào)節(jié)頻率往往下降（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3g,h）。染色質(zhì)狀態(tài)和動(dòng)態(tài)相互作用為了理解染色質(zhì)動(dòng)態(tài)變化和其他基因和外遺傳性特征，我們整合了理解染色質(zhì)動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系和其他基因和外遺傳性特征，我們整合分析了組氨酸調(diào)控的Hi-C數(shù)據(jù),DHC,和六個(gè)譜系中的CTCF結(jié)合數(shù)據(jù)。具體來說,我們?cè)噲D通過染色質(zhì)狀態(tài)特征模式變化來預(yù)測(cè)染色質(zhì)的相互作用頻率。我們將基因組分為40kb大小的區(qū)域并計(jì)算每個(gè)域內(nèi)分化時(shí)染色質(zhì)發(fā)生的變化。然后，我們建立了一個(gè)基于染色質(zhì)特征的隨機(jī)林分類模型來分類本區(qū)相互作用區(qū)的增加或減少的頻率（見方方法）。該模型能夠分類基因組區(qū)域相互作用的增加或減少的頻率，有73%的準(zhǔn)確度（圖2d圖100%;擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4）,增加到80%以上時(shí)，我們只考慮基于得到的頻率差異最高的預(yù)測(cè)值（圖2d圖30%）。這個(gè)隨機(jī)林模型不僅表明染色質(zhì)狀態(tài)變化特性下的作用頻率信息，它還能確定哪些染色質(zhì)標(biāo)記最有預(yù)測(cè)力。具體來說，每個(gè)染色質(zhì)的標(biāo)簽的基尼系數(shù)“減少”一個(gè)給定的重要分類特征。在這方面，我們發(fā)現(xiàn)H3K4me1密度變化量是最重要的遠(yuǎn)程預(yù)測(cè)染色質(zhì)的相互作用變化的特征（圖2e和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4b，c）。如H3K4me1主要存在在準(zhǔn)備中的或活躍增強(qiáng)子[21,22],并作為增強(qiáng)劑參與特異的細(xì)胞間的相互作用循環(huán)［23］,這些結(jié)果顯示增強(qiáng)子動(dòng)力學(xué)可能在調(diào)節(jié)譜系中相互作用發(fā)揮著重要的作用。與這一假說相符,40kb大小的區(qū)域更高的增強(qiáng)劑密度擁有更大的相互作用頻率（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4d,e）。等位基因特異性染色體組織人類正常的二倍體細(xì)胞的每個(gè)染色體包含兩個(gè)副本。在給定的親代染色體變異的集合（也稱父母的單體型）可用于確定兩個(gè)同源染色體之間功能差異。先前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大

性（橙色）顯示了相比其它地區(qū)PC1的差異值量的等位基因在基因表達(dá)上存在差異，包括DNA甲基化、染色質(zhì)狀態(tài)［24-29］。除了個(gè)人基因研究位點(diǎn)［30-32］，也包括對(duì)同源染色體間的高價(jià)的可變性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。最近我們研究室的工作［15］證明Hi-c數(shù)據(jù)重建單體型染色體范圍，它允許染色質(zhì)狀態(tài)和研究基因表達(dá)為一個(gè)真正的二倍體。我們生成單倍型染色體范圍合并,93.5%的所有的雜合變異體的H1-c的組合數(shù)據(jù)集，全基因組測(cè)序［15］（圖3）。a旳話￡弋AHtaumMiiiiii牙護(hù)兩too:豊耳垃‘Il■藝窮■右峙宀-丄 ?一-_黃色佇1Iz:□:zz:MkblLmswd1UnshaudiOK15HtatwiartfiiIHII■WilIIHMIImiiiiimiiililhhiiilllllll■lll^laiii1IIB■LJ"一丄20-IhgriB翌衛(wèi)如.血ILiIImuiiiuiiiiiiniinmuiHiiuiiiMiiiiii昭.g???“? .3..JiMillbitI iiV1ODkt|i K7DC,[KK]| 22,aOO.CCOIL..I.OIIaa%eee匚二叵■SStJEH■建#IZ芫國(guó)IDGJctrlE)j-p1nl?JLR.ii-.：-I!.JpiHaKwzgHaKwupl&psMFlDM9屮mplLriAiwih.ixzCtUrNdi*piHsKaTZp￡H]lS?s|plOwqEq.0JCS5<j Itt-.ECC.OMII 2DH占即J：m|F^q ?W4■0JCS5<j Itt-.ECC.OMII 2DH占即J：m|F^q ?W4■I??flHWIM■*DttTQrHAIk>hE■mprinUde 1<KIMbI 1CM *5DlDCClCC[l| 100CCO.ECO|圖3|H1譜系的單倍體染色質(zhì)組織。a,變異/mb（綠色），分階段（橙色）和沿著1號(hào)染色體遺傳統(tǒng)計(jì)學(xué)變體（紫色）。插圖縮放為1mb區(qū),變體的存在每個(gè)表示值單位為1。b等位基因的基因組瀏覽和特定的染色質(zhì)功能和鏈特異性的信使rna序列。C,p1和p22號(hào)染色體等位基因的基因組瀏覽器的PC1值。d等位基因特定的隔間A/B模式和ZDBF2基因附近的mRNA-seq印跡。e,等位基因PC1值之間箱線圖的的差異。印跡基因的地區(qū)（P=00.3）和等位基因（P=0.02）有更大的PC1值（（KS）測(cè)試）。晶須對(duì)應(yīng)1.53四分位范圍內(nèi)最高和最低值。f,類似于e,但有不同染色質(zhì)活躍的區(qū)域（每200kb等位基因的數(shù)量有偏倚）。0.1%最大值區(qū)的不同等位基因的活

圖4|H1譜系里等位基因表達(dá)的a,平均等位基因偏倚下的等位基因表達(dá)檢測(cè)。b,等位基因之間變化的表達(dá)的絕對(duì)值（Iog2）密度圖。c,可測(cè)試的表達(dá)（最少每次讀入10個(gè)譜系）的基因結(jié)構(gòu)的聚類表達(dá)率（Iog2）k-means（k=20）。d，PARP9基因的等位基因的變量表達(dá)基因組的瀏覽。e,等位基因偏倚基因與其他基因的印跡基因的一部分。（確切概率法）。f,一部分等位基因偏倚中的基因印跡基因。g,從變異區(qū)到距離最近的等位基因變體基因累積密度圖的。等位基因的特定變體使用組蛋白乙酰化，定義H3K9me3,H3K27me3、DHS和H3K4me3（KS測(cè)試）。h,等位基因偏倚基因的數(shù)量顯示啟動(dòng)子區(qū)域等位基因特定的染色質(zhì)。活躍的變異是由H3K4me3,DHS或組蛋白乙?；饔靡鸬摹２换钴S活躍變異是由DNA甲基化和H3K9me3/27me3引起的。i,瀏覽mRNA-seq基因組和周圍的染色質(zhì)功能基因。我們觀察到一個(gè)預(yù)測(cè)下的單倍體高水平的一致性并從并讀取“長(zhǎng)插入”大小數(shù)據(jù)集的

配對(duì)序列（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5）,表明重建的單倍體是高質(zhì)量的。接下來,我們重新分析Hi-c數(shù)據(jù)集，mRNA-seq,ChlP-seq、methylC-seq和DNase-seq實(shí)驗(yàn)并從父母的單倍體的每個(gè)序列讀取推導(dǎo)確定（任意單體型被稱為“pl”和"p2”等位基因,我們無法確定哪一個(gè)單獨(dú)是從母親或父親的序列信息復(fù)制下的）（圖3b和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5b）。從每個(gè)家族譜系中的p1和p2等位基因單倍體重建A和B室模式，我們發(fā)現(xiàn)同源染色體有高度相似的A/B室的模式（圖3c和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5c-e）,在給定的圖5|H1譜系里等位基因偏倚。a,濃縮的乙酰化作用（上面一行）,DHS（中間）和DNA甲基化（底部），在乙?；饔枚x的增強(qiáng)子如等位基因（左列）,DHS（中間），或DNA甲基化（右）?；钴S的等位基因是藍(lán)色的,不活躍的等位基因是紅色。b等位基因之間的和組蛋白乙?；饔茫ㄗ仙┑脑鰪?qiáng)子的距離，隨機(jī)選擇增強(qiáng)子（灰色）。隨機(jī)的增強(qiáng)子與等位基因增強(qiáng)子的閱讀。C,特定的等位基因與等位基因特定的增強(qiáng)子有關(guān)。通過"遠(yuǎn)程增強(qiáng)劑”由基因Hi-c交互作用頻率定義，而"短程增強(qiáng)劑”由不到20kb的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)定義。d,由乙?；饔玫牡任换蛟鰪?qiáng)子對(duì)之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)的箱線圖因不含有隔室的差別，但基因偏倚區(qū)域地區(qū)的同源染色體之間的高階染色質(zhì)結(jié)構(gòu)之中可能有細(xì)微的差別存在，反映出他們潛在的等位基因偏倚活動(dòng)。最后，與A/B轉(zhuǎn)換模式相似，拓?fù)溆虻任换蛑g的模式出現(xiàn)一致的結(jié)構(gòu)（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6a,b）。這些結(jié)果表明,全部同源的折疊模式染色體是高度相似的。等位基因表達(dá)失衡等位基因基因表達(dá)已經(jīng)確定了在不同等位基因間基因表達(dá)普遍失衡［24-27,33］。然而在（左,n=1,388）或DNS（右,n=1,601）?；贖I-c相互作用頻率下（P值使用韋爾奇的t檢驗(yàn)）基因增強(qiáng)子對(duì)相互作用可分為強(qiáng)的相互作用（頂部30%）、弱相互作用（30%），和在中間對(duì)交互（其他）。晶須在1.5四分位范圍對(duì)應(yīng)的最高和最低值。e,HAPLN1基因附近規(guī)范化4c-seq相互作用頻率。39EDIL3基因的3'末端的4c-seq區(qū)域附近的一個(gè)等位基因偏倚增強(qiáng)子。由洛斯調(diào)回歸模型女口"誘餌互動(dòng)區(qū)”（比爾斯）所示。f,HAPLN1的兩個(gè)等位基因的基因表達(dá)，附近的相互作用等位基因偏倚增強(qiáng)子的組蛋白乙?；皆诤偷任换蚪鉀Q的4c-seq數(shù)據(jù)（4c-seq從t檢驗(yàn),p1等位基因n=2,p2等位基因n=2）。a 竽位基園壇強(qiáng)子DNA活紜的牟住基因不適樂的第位基因CDHO?o匸3P3peddEiuU0---EM切.10朗由MTtM4500kbHI3K4me31I(MS)ojLL40baitlocus乙盛化 ONasel皮爾遜相關(guān)惡款 皮爾遜相關(guān)靈貌01.0-1.001.0Illi I I I I I□強(qiáng)□申 □OAcetylationP=5x10^----oooOIO9CC07左和IXWIHEkNJdvHmRNAf=0.003?P1P2AouanbwlU0B35U-任何細(xì)胞類型的等位基因之間只有0.6--2.3%的基因組A/B的隔的有所同不同（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5f）。值得注意的是基因組中不常見的區(qū)域顯示了在等位基因中A/B室之間變化的狀態(tài)（圖3d）,其中并不富含等位基因偏移或已知的印跡基因（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5.g.h）。相反，包含等位基因偏倚或印記的基因組區(qū)域的基因有一個(gè)一個(gè)微妙而顯著的增加等位基因間A/B室可變性的數(shù)值（圖3e）。同樣，等位基因的基因組區(qū)域在A/B室變化上分?jǐn)?shù)有更大的染色質(zhì)狀態(tài)變化數(shù)值（圖3）。這表明盡管大多數(shù)等位基因偏倚和印跡基不同的個(gè)體譜系中等位基因偏倚的什么程度會(huì)影響基因表達(dá)這仍然不清楚。為了解決這個(gè)問題,我們重新分析解決的但媒體mRNA-seq數(shù)據(jù)和確認(rèn)五個(gè)H1-c譜系中的基因表達(dá)?？偣灿?787個(gè)基因在一個(gè)或多個(gè)譜系表達(dá)出等位基因偏移，研究表示，約24%的可測(cè)基因（錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率（FDR）10%，圖4）。大多數(shù)等位基因的差異表達(dá)不是"開/關(guān)”，而是反映在等位基因表達(dá)水平（圖4b）。此外，等位基因偏倚基因包括譜系特異性基因和既定的表達(dá)基因（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6c,d）,等位基因模式也對(duì)其有影響（圖4c,d）。在極少數(shù)情況下不同間細(xì)胞基因開關(guān)表達(dá)有差異。如我們所料，基因受富含等位基因偏倚的基因組印記的表達(dá)的控制（圖4e），盡管這只約1%的等位基因偏倚基因（圖4）。雖然印跡基因經(jīng)常發(fā)生集群，大多數(shù)等位基因偏倚表達(dá)不常在基因組（擴(kuò)展數(shù)據(jù)6e）。綜上所述，這些數(shù)據(jù)顯示大部分等位基因偏倚基因表達(dá)是由于基因組印記機(jī)制。一個(gè)可能的調(diào)控機(jī)制,可能導(dǎo)致等位基因偏倚表達(dá)出等位基因偏倚附近順式調(diào)控活性元素。的確，基因組的區(qū)域在組蛋白乙?；饔孟碌牡任换?，組蛋白甲基化、CTCFbinding和DHS比隨機(jī)選擇的基因組區(qū)域更接近等位基因偏倚基因（圖4g）。此外，等位基因基因表達(dá)與DNA甲基化或啟動(dòng)子的調(diào)控有著密不可分的關(guān)系（圖4h,i）。247個(gè)基因含有雜合變異體基因的啟動(dòng)子區(qū)域和譜系中至少出現(xiàn)一個(gè)偏倚分化，主要表現(xiàn)出等位基因偏倚主要因?yàn)槿旧|(zhì)的修改或在啟動(dòng)子DNA甲基化（圖4h）o有趣的是,29%的可測(cè)試的基因偏倚基因表達(dá)式顯示沒有顯示出染色質(zhì)狀態(tài)中存在基因偏倚或啟動(dòng)子中DNA甲基化（圖4h）,提高啟動(dòng)子基因的外元素表達(dá)的可能性。我們確定了726,969和5769等位啟動(dòng)子［13］展示了在組蛋白乙酰化作用、DHS、和DNA甲基化（圖5）下的等位基因。我們觀察到組蛋白乙?；饔煤驮鰪?qiáng)子間等位基因表現(xiàn)出等位基因DHS（圖5）o然而,我們觀察在不同譜系中DHS或乙?；x增強(qiáng)子之間只有溫和的一致性。（圖5）o這可能反映了更大的確定的等位基因之間的差異甲基化區(qū)域。另外，這可能反映增強(qiáng)劑的存在，但并沒有沒有一個(gè)嚴(yán)格DNA甲基化和增強(qiáng)子或DHS差異［34,35］。增強(qiáng)子上等位基因偏倚作用通常更靠近基因，這也說明了等位基因偏倚在增強(qiáng)劑缺乏等位基因偏倚是表達(dá)（圖5b和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6f）o640個(gè)等位基因中大多數(shù)（66%）的顯示強(qiáng)大的Hi-c與等位基因增強(qiáng)子的相互作用也顯示了等位基因和啟動(dòng)子之間的活動(dòng)。（圖5c,擴(kuò)增數(shù)據(jù)圖7和方法）。此外，增強(qiáng)子基因?qū)εc相對(duì)強(qiáng)勁的Hi-c相互作用顯示出等位基因增強(qiáng)子活動(dòng)和等位基因表達(dá)之間比較更大的相關(guān)性（圖5d）o為了測(cè)試等位基因增強(qiáng)子的確與等位基因偏倚基因是否形成特定的聯(lián)系我們執(zhí)行6個(gè)等位基因偏倚啟動(dòng)子的4c-seq｛31,36｝并識(shí)別出這些6個(gè)等位基因有4個(gè)顯示出增強(qiáng)子顯示特定的4C相互作用。（圖5e,E補(bǔ)充數(shù)據(jù)圖8和補(bǔ)充表4）。綜上所述，我們的研究結(jié)果強(qiáng)烈支持這個(gè)等位基因增強(qiáng)子活性與這個(gè)可能的機(jī)制等位基因的表達(dá)的機(jī)制相關(guān)。為了確定等位基因偏倚增強(qiáng)子監(jiān)管等位基因偏倚的機(jī)制是夠也參與染色質(zhì)遠(yuǎn)端合假定的目標(biāo)基因之間的循環(huán)我們讀取整個(gè)Hi-c基因上等位基因偏倚增強(qiáng)子。我們發(fā)現(xiàn)含有更高活性增強(qiáng)子的等位基因通常有更高的含目標(biāo)啟動(dòng)子染色質(zhì)相互作用（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖9）。之前的高分辨率4c-seq結(jié)果分析再一次證實(shí)了這一結(jié)果｛31］。兩個(gè)位點(diǎn)（HAPLN1和MAN1C1）顯示出基因表達(dá)水平下增強(qiáng)型啟動(dòng)子的相互作用（圖5f和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖9）,盡管這一等位基因4c-seq沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。剩下的兩個(gè)位點(diǎn)（FAM65BPXK）在同樣的靶點(diǎn)啟動(dòng)子中似乎擁有幾乎相等的相互作用頻率?？偟膩碚f,這些結(jié)果顯示等位基因偏倚增強(qiáng)子對(duì)等位基因偏倚基因表達(dá)有一定影響，其主要是通過穩(wěn)定DNA環(huán)之間的兩個(gè)等位基因或通過潛在等位基因偏倚、增強(qiáng)型啟動(dòng)子相互作用。討論我們已經(jīng)提出了H1型人類干細(xì)胞和4個(gè)譜系下全基因組染色質(zhì)的互動(dòng)地圖。我們觀察到高階的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在ES細(xì)胞分化時(shí)在多個(gè)層次的動(dòng)態(tài)重組。我們發(fā)現(xiàn)ES細(xì)胞分化時(shí)A和B隔室間在大量的開關(guān)，和表達(dá)水平。這些結(jié)果與前人的研究是相似的［20,37-39］,只有基因的一些部分的表達(dá)受到改變，而其他基因不受影響。改變室的狀態(tài)可能影響基因轉(zhuǎn)錄因子或此區(qū)域的其他的調(diào)節(jié)蛋白，這可能對(duì)某些基因成分特別重要。此外，我們發(fā)現(xiàn)區(qū)域染色質(zhì)改變的相互作用TADs頻率。這些地方的變化是適于預(yù)測(cè)H3K4me1和增強(qiáng)子元素的密度水平的變化。這與最近的5c研究，表明Smc1、中介和轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)⑺相符富集區(qū)特異性相互作用更強(qiáng)的觀點(diǎn)相符?？偟膩碚f,這些結(jié)果表明,增強(qiáng)子在在整個(gè)基因組結(jié)構(gòu)塑造當(dāng)?shù)馗唠A染色質(zhì)可能起著重要的作用。此外，通過分析每個(gè)父母的等位基因染色質(zhì)的模式相互作用在，我們觀察到全局高階等位基因之間的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化。在這項(xiàng)研究中染色質(zhì)交互地圖還能生成重建單倍體H1基因型。這個(gè)數(shù)據(jù)集第一個(gè)研究跨多個(gè)細(xì)胞類型的單個(gè)個(gè)體等位基因偏倚表達(dá)，以及順時(shí)元件染色質(zhì)的分析。我們的數(shù)據(jù)將作為更有價(jià)值的工具，更好地理解基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)控制多能性和人類胚胎干細(xì)胞的分化。OnlineContentMethods,alongwithanyadditionalExtendedDatadisplayitemsAndSourceData,areavailableintheonlineversionofthepaper;referencesuniquetothesesectionsappearonlyintheonlinepaper.Received25November2013;accepted12January2015.Smallwood,A.&Ren,B.Genomeorganizationandlong-rangeregulationofgeneexpressionbyenhancers.Curr.Opin.CellBiol.25,387-394(2013).Phillips,J.E.&Corces,V.G.CTCF:masterweaverofthegenome.Cell137,1194-1211(2009).Lettice,L.A.etal.Disruptionofalong-rangecis-actingregulatorforShhcausespreaxialpolydactyly.Proc.NatlAcad.Sci.USA99,7548-7553(2002).Gorkin,D.U.,Leung,D.&Ren,B.The3Dgenomeintranscriptionalregulationandpluripotency.CellStemCell14,762-775(2014).Lieberman-Aiden,E.etal.Comprehensivemappingoflong-rangeinteractionsrevealsfoldingprinciplesofthehumangenome.Science326,289-293(2009).Dixon,J.R.etal.Topologicaldomainsinmammaliangenomesidentifiedbyanalysisofchromatininteractions.Nature485,376-380(2012).Phillips-Cremins,J.E.etal.Architecturalproteinsubclassesshape3Dorganizationofgenomesduringlineagecommitment.Cell153,1281-1295(2013).Nora,E.P.etal.SpatialpartitioningoftheregulatorylandscapeoftheX-inactivationcentre.Nature485,381-385(2012).Sexton,T.etal.Three-dimensionalfoldingandfunctionalorganizationprincipleso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