肝癌是指发生于肝脏细胞的恶性肿瘤,全球每年新发肝癌病例84.1万,新增死亡病例78.2万,严重威胁人类健康。肝癌的治疗方法主要为外科手术、放化疗、局部消融、介入治疗、靶向治疗以及免疫治疗等,但治疗效果有限,导致肝癌极易复发或发生转移,不能满足肝癌临床治疗的需求。因此揭示肝癌发生的分子机制和开发新型肝癌标志物,对肝癌的临床诊断及治疗具有重要意义。三维基因组是指基因组序列在细胞核内的三维空间构象。最新研究表明,癌症的发生往往伴随着三维基因组结构的变异,但在肝癌发生过程中,三维基因组结构变异情况仍不清楚。针对上述科学问题,本课题拟利用高通量染色质构象捕获技术(Hi-C)和RNA-seq测序技术,对原代正常肝脏细胞和肝癌细胞的三维基因组结构进行深入分析;构建全基因组互作图谱、解析三维基因组空间构象、筛选肝癌特异性三维基因组结构变异和差异表达基因、挖掘新型肝癌标志物。本课题完成了 3对正常肝脏细胞和肝癌细胞的测序和分析,每个样本平均捕获到3.78亿个染色体内部有效互作和2.99亿个染色体间有效互作。与正常肝脏细胞相比,肝癌细胞中Chr2(21688个)、Chrl(18361个)和Chr5(15463个)三条染色体内部差异互作数最多。染色质区室(Chromatin compartment)分析结果显示,正常细胞中4.12%的B Compartment在肝癌细胞中转化为 A Compartment,3.94%的 A Compartment 转化为 B Compartment。拓扑关联结构域(Topologically associated domains,TADs)分析结果显示,正常肝脏细胞平均具有1211个TADs和1743个TAD边界,肝癌细胞平均具有1220个TADs和1744个TAD边界,因TADs改变而形成的肝癌特异性TAD边界为13个。Chr1、Chr2、Chr5上发生A/B Compartment转化的区域以及肝癌特异性TAD边界为肝癌特异性三维基因组结构变异区域。结合RNA-seq测序结果,在上述区域内筛选到了 97个显著差异表达基因。它们显著富集于Ras、MAPK、PI3K-Akt信号通路,并与细胞因子受体结合,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解及补体系统相关。在特异性TAD边界上筛选出了在肝癌细胞中显著上调表达的基因POLD1和JOSD2,显著下调表达的基因AMY1B和SPIB。组学验证结果显示,POLD1和JOSD2在肝癌中显著高表达,其表达量与肝癌患者总生存期呈负相关,是预测肝癌患者预后的新型生物标志物。