Abstract Single cell Hi-C (scHi-C) analysis has been increasingly used to map the chromatin architecture in diverse tissue contexts, but computational tools to define chromatin contacts at high resolution from scHi-C data are still lacking. Here, we describe SnapHiC, a method that can identify chromatin loops at high resolution and accuracy from scHi-C data. We benchmark SnapHiC against HiCCUPS, a common tool for mapping chromatin contacts in bulk Hi-C data, using scHi-C data from 742 mouse embryonic stem cells. We further demonstrate its utility by analyzing single-nucleus methyl-3C-seq data from 2,869 human prefrontal cortical cells. We uncover cell-type-specific chromatin loops and predict putative target genes for non-coding sequence variants associated with neuropsychiatric disorders. Our results suggest that SnapHiC could facilitate the analysis of cell-type-specific chromatin architecture and gene regulatory programs in complex tissues.

Abstract While a rich set of putative cis -regulatory sequences involved in mouse fetal development has been annotated recently based on chromatin accessibility and histone modification patterns, delineating their role in developmentally regulated gene expression continues to be challenging. To fill this gap, we mapped chromatin contacts between gene promoters and distal sequences genome-wide in seven mouse fetal tissues, and for one of them, across six developmental stages. We identified 248,620 long-range chromatin interactions centered at 14,138 protein-coding genes and characterized their tissue-to-tissue variations as well as developmental dynamics. Integrative analysis of the interactome with previous epigenome and transcriptome datasets from the same tissues revealed a strong correlation between the chromatin contacts and chromatin state at distal enhancers, as well as gene expression patterns at predicted target genes. We predicted target genes of 15,098 candidate enhancers, and used them to annotate target genes of homologous candidate enhancers in the human genome that harbor risk variants of human diseases. We present evidence that schizophrenia and other adult disease risk variants are frequently found in fetal enhancers, providing support for the hypothesis of fetal origins of adult diseases.