基于染色质免疫共沉淀的高通量测序数据集的顺式调控模体发现算法

针对新一代测序(NGS)的染色质免疫共沉淀的高通量测序(ChIP-Seq)数据集的模体发现问题,提出一种基于费舍尔(Fisher)精确检验的模体发现算法——Fisher Net。首先运用费舍尔精确检验计算所有k长短序的P值并筛选出模体的种子;然后,构建初始模体的位置赋权矩阵;最后,用位置赋权矩阵扫描所有k长短序形成最终模体。通过小鼠胚胎干细胞(m ESC)和红细胞、人类淋巴母细胞系的ChIP-Seq数据集以及ENCODE数据库的数据进行验证,结果表明所提算法精度和计算速度均高于其他常见的模体发现算法,并且能够发现超过80%的已知转录因子核心模体及其辅调控因子模体。该算法在保证高精度的同时可以应用到大规模测序数据集。

非交联染色质免疫共沉淀及其二代测序技术建库方法的优化

目的优化非交联染色质免疫共沉淀及其二代测序(Native ChIP-seq)技术,简化操作步骤,得到高质量ChIP-seq数据。方法裂解细胞,MNase切割DNA释放核小体,用组蛋白修饰的特异性抗体将组蛋白与DNA的复合物进行免疫共沉淀,蛋白酶K消化后进行DNA纯化,染色质免疫共沉淀(ChIP)产物用Tn5转座酶建库与传统建库两种方法进行文库构建并测序。结果与传统建库方法相比,Tn5转座酶建库经过Tn5片段化后直接进行目的DNA的扩增,操作简单,更加省时,效率更高;IGV可视化信号分布峰图显示两种建库方式获得的富集峰基本相同;两种建库方法获得的测序数据中,Tn5转座酶建库比传统建库获得更多的富集峰;Tn5转座酶建库后结果显示重复性良好,信噪比达到50%以上。结论Tn5转座酶建库能提高建库效率并得到更好的数据质量,适用于组蛋白修饰的检测,为表观遗传研究提供更好的技术选择。

染色质免疫共沉淀测序技术及其在园艺植物中的应用研究进展

近年来,基于染色质免疫共沉淀技术(ChIP)与第二代测序技术结合的染色质免疫共沉淀测序技术(ChIP-seq)已被广泛用于研究DNA与蛋白质的相互作用,对解析园艺植物基因的表达与调控、靶基因筛选与定位、调控网络构建、染色质开放程度确认等方面具有较大的优势。本文综述了ChIP-seq技术的发展简史及其在园艺植物转录因子和组蛋白修饰中所取得的进展,以期为园艺植物DNA—蛋白互作研究提供参考。

人支气管上皮样细胞中苯并[a]芘代谢物-DNA加合物图谱:基于染色质免疫共沉淀测序技术

[背景]苯并[a]芘(BaP)的活性代谢产物7,8-二羟-9,10-环氧苯并[a]芘(BPDE)可与DNA加合,但BPDE-DNA加合物图谱尚不明确。[目的]采用染色质免疫共沉淀测序技术(ChIP-Seq),在全基因组水平上鉴定BPDE加合位点分布及加合基因,为深入研究BaP的毒作用机制提供依据。[方法]人支气管上皮样细胞16HBE培养至第四代达对数生长期。收获细胞并加入染色质免疫共沉淀裂解缓冲液,将裂解产物等分为实验组和对照组,实验组添加终浓度20μmol·L^(–1)的BPDE溶液,对照组添加相同体积的二甲基亚砜溶液,在37℃环境下孵育24 h。超声获得100~500 bp的染色质小片段。使用BPDE特异性抗体(anti-BPDE 8E11)富集与BPDE加合的DNA片段,高通量测序检测BPDE加合位点,使用MEME和DREME软件对前1000个峰序列进行模体分析,注释BPDE在全基因组水平的加合靶基因,并通过生物信息学技术对BPDE加合靶基因进行基因本体论(GO)功能分析和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路分析。[结果]高通量测序共检测出842个BPDE结合位点,在各染色体上均有分布。BPDE可以与基因编码区和非编码区共价结合,73.9%的结合位点分布在基因间区,19.6%分布在内含子区,上游2千碱基区域、外显子区、下游2千碱基区域及5′非翻译区也有少量分布。对前1000个峰序列进行分析,寻找到4条可靠的模体,发现富含鸟嘌呤(G)和腺嘌呤(A)的位点易于结合。对结合位点进行富集,共鉴定出199个BPDE加合靶基因,大多分布在1号、5号、7号、12号、17号和X染色体上。GO分析显示,靶基因主要富集于核酸和蛋白质结合,参与调节催化活性、转运活性、翻译延伸因子活性,在细胞分裂、分化、运动、物质运输和信息传递方面发挥重要作用。KEGG分析显示靶基因主要富集于心血管疾病、癌症、免疫炎症反应等相关通路。[结论]利用ChIP-Seq在全基因组水平上共鉴定出199个BPDE加合靶基因,主要影响细胞分裂、分化、运动、物质运输和信息传递等生物学功能,与心血管疾病、肿瘤及免疫炎症反应密切相关。

人类14号染色体测序完成

据路透健康报道,人类14号染色体的测序工作已经完成,这使得发展中的人类基因库又添加了新的信息。该项工作是由国际研究小组完成的,其研究成果发表在近期出版的《自然》杂志上。14号染色体是迄今为止已完成测序的第4条染色体,也是迄今为止已完成测序工作的染色体中最大的一条染色体。据法国国家基因组测序中心的研究人员Ro-

微小染色体维持蛋白7在乳腺癌中表达及临床意义

目的:探究微小染色体维持蛋白7(minichromosome maintenance protein,MCM7)在乳腺癌中的表达及临床意义。方法:在多个高通量数据库检索乳腺癌样本基因矩阵,提取并计算MCM7 mRNA表达值标准化平均差(standardized mean difference,SMD),结合本单位临床样本进行免疫组化染色,从mRNA和蛋白层面验证乳腺癌MCM7表达水平。汇总受试者工作特征曲线(summary receiver operating characteristic curve,sROC)法进一步评估MCM7表达的差异。通过Cox生存分析评估MCM7表达水平与乳腺癌预后的关系。结果:MCM7 mRNA在乳腺癌组织中显著上调[SMD=0.31(0.07~0.54)],MCM7蛋白也在乳腺癌组织中高表达。Cox生存分析得MCM7高表达是乳腺癌预后的危险因素[HR=2.26(1.41~3.61)]。同时,MCM7 mRNA在三阴性乳腺癌与非三阴组相比上调水平进一步升高[SMD=0.96(0.71~1.21)]。结论:MCM7高表达可促进乳腺癌的发生和不良预后,其促癌作用在三阴性乳腺癌中更显著。

SRSF6在大鼠胰岛细胞中结合的靶标及测序分析

目的研究富含丝氨酸和精氨酸的剪接因子6(serine and arginine rich splicing factor 6,SRSF6,又称SRp55)作为RNA剪切因子在大鼠胰腺β细胞中对胰岛素分泌影响的具体机制。方法通过改进的RNA结合蛋白免疫共沉淀高通量测序(improved RNA Binding Protein Immunoprecipitation highthroughput sequencing,iRIP-seq)技术在大鼠胰岛细胞中鉴定SRSF6调控的基因及功能通路,对SRSF6直接作用的靶标和调控通路及可变剪接事件进行鉴定。结果SRSF6富集性地结合编码区和内含子区域,KEGG分析发现SRSF6结合的靶标在胰岛素信号通路显著富集。结论SRSF6可能通过与胰岛素通路相关重要基因的m RNA前体结合,调控它们的剪接和加工,进而成为影响胰岛素分泌的潜在因素。

超声波细胞粉碎机在高通量测序片段化DNA中的应用

目的 探讨超声波细胞粉碎机在高通量测序中应用的最佳DNA片段化条件。方法 DNA样品在冰浴条件下采用不同的超声功率、单次间隙时间和超声时间、工作时间（单一样品超声破碎时间）、仪器连续工作时间,通过琼脂糖凝胶电泳和2100生物分析仪分别检测基因组DNA片段化和羟甲基化免疫共沉淀效果。结果 超声功率280 W、间隙时间/超声时间5s/5s、总工作时间18min,仪器连续工作时间不超过90min,超声波处理时样品始终保持冰浴环境可获得高通量测序需要的、长度主要集中在200~500bp之间的DNA片段。结论 在我们优化的实验条件下,利用超声波细胞粉碎机可以得到重复性较好的基因组DNA片段,可满足高通量测序文库构建中对DNA片段质量的要求。

染色质免疫共沉淀技术的应用和研究进展

本文主要从染色质免疫共沉淀技术的基本原理、实验步骤、优缺点和应用等方面进行阐述,阐明了应用于ChIP技术下游的确定靶基因的不同方法,并对其中的两种重要方法作比较。特别介绍了ChIP技术在植物方面的最新研究进展,并对此技术作总结和展望。

TMEM家族成员免疫功能的研究进展

2006年5月18日,Nature杂志公布了人类1号染色体的基因测序图,人类基因组计划完成,生命科学研究进入了功能基因组时代。虽然人类基因组全部序列已确定,但对许多基因的功能仍一无所知。

游离二氧化硅所致肺成纤维细胞转分化过程中DNA甲基化差异基因的MeDIP-seq检测

目的:检测游离二氧化硅所致肺成纤维细胞转分化过程中可能存在的DNA甲基化差异基因并探讨其可能作用机制。方法:原代培养肺成纤维细胞和肺泡巨噬细胞,建立共培养的矽肺体外模型,采用甲基化DNA免疫共沉淀测序技术检测分析不同染毒时间(0、24、48 h)的肺成纤维细胞之间的DNA甲基化差异基因,并采用DAVID工具对检测到的甲基化差异基因进行KEGG的通路富集分析。结果:共发现8 791个基因的DNA甲基化程度在3个染毒时间组中均存在差异,DAVID工具分析发现这些差异主要集中在代谢、环境信息过程、细胞过程、生物体系统、人类疾病相关通路等通路中。结论:矽肺形成过程中存在大量DNA甲基化程度发生改变的基因,且这些基因涉及多个通路。

MeDIP-Seq检测大鼠不同状态雪旺细胞基因甲基化水平

目的探寻大鼠正常态雪旺细胞(NSCs)和激活态雪旺细胞(ASCs)差异甲基化基因。方法成年Wistar大鼠结扎坐骨神经,饲养7 d后分别从坐骨神经和臂丛神经提取ASCs和NSCs。S-100抗体免疫荧光染色鉴定细胞,CCK-8法测定细胞生长情况。甲基化免疫共沉淀测序(Me DIP-Seq)技术筛选出ASCs和NSCs的差异性甲基化区域;分析与轴突再生相关的差异甲基化基因在染色体的分布情况,并进行基因本体(GO)和信号通路(PATHWAY)分析。结果成功获得了高纯度的ASCs和NSCs,两者S-100均表达阳性。在相同培养条件下,ASCs生长速度更快。Me DIP-Seq共发现177 176个差异性甲基化区域,其中位于启动子(≤1 kb)内1 097个、启动子(1~2 kb)内1 136个,Cp G岛内567个。共获得214个与轴突再生相关的差异甲基化基因,与NSCs相比,ASCs高甲基化基因191个,低甲基化基因23个。这些基因位于各个染色体上,以12号染色体上最多(22个),M染色体最少(2个)。GO分析结果显示差异甲基化基因涉及了轴突生长、轴突形成、轴突延伸和轴突导向等过程;并且与MAPK、细胞黏附分子和Ras等信号通路有关。结论 ASCs和NSCs的甲基化水平存在明显的差异,可能与轴突再生有关。

Hemin诱导K562细胞分化前后PU.1全基因组结合位点探测

目的探讨K562细胞分化前后全基因组上的PU.1结合位点图谱及靶基因。方法用hemin对K562细胞诱导分化72 h,诱导分化前后的细胞利用PU.1抗体进行染色质免疫共沉淀实验,并进行高通量测序,利用生物信息学分析K562细胞分化前后PU.1在基因组上的结合位点,并进行基因注释、基因功能分析、KEGG通路分析及靶基因预测。结果发现K562细胞分化前PU.1结合位点有3107个,分化后的结合位点有1897个,共有的结合位点有843个。KEGG通路分析结果显示,分化后PU.1结合位点特有的信号通路有NF-κB信号通路,生长激素合成、分泌和运输通路,MAPK信号通路。K562细胞分化前后有1210个差异的PU.1结合位点,对应179个靶基因,其中分化相关的PU.1靶基因包括球蛋白基因、自噬相关基因、microRNA、非编码RNA以及转录因子。Motif分析结果显示,PU.1倾向于去结合ACTTCC特定序列。结论PU.1的基因组结合位点在K562细胞分化前后发生了显著变化,此研究结果为进一步揭示PU.1在血细胞中的功能及作用机制提供了依据。

基于RIP-Seq技术检测MRTF-A结合RNA在小鼠MCAO/R模型中表达

目的应用RIP-Seq测序技术检测小鼠MCAO/R模型中心肌素相关转录因子A(MRTF-A)结合RNA的表达差异,探讨MRTF-A潜在的作用机制。方法将C57BL/6小鼠随机分成假手术组及I/R组,线栓法构建MCAO模型,再灌注24 h后,提取脑组织总蛋白,利用MRTF-A抗体免疫共沉淀后,进行RNA高通量测序,获得MRTF-A结合RNA的表达谱,继而对差异RNA进行GO、KEGG分析。结果与假手术组相比,I/R组有429个RNA发生差异表达(上调203,下调226),并且在功能元件和染色体分布上均具有显著差异。GO分子功能分析显示,差异表达RNA主要富集RNA结合、Poly(A)RNA结合等注释。KEGG通路分析显示10条通路被显著富集,其中雌激素信号通路富集最显著。结论在脑I/R损伤时MRTF-A结合RNA表达谱发生差异改变,为深入探讨MRTF-A的分子机制提供理论依据。

对于核小体定位检测方法的比较研究

在真核细胞中,核小体是组成染色质的基本结构单位,是由DNA紧密缠绕在组蛋白八聚体上所形成的一个复合体结构。而DNA与组蛋白的结合并不是固定不变的,没有核小体结合的DNA区域易于各种调节蛋白的接近与结合。因此人们怀疑核小体的定位与基因的转录调节之间存在某种内在联系。对现行的核小体定位的检测方法进行了归类,并对其优缺点进行了分析整理。对更深入的探索核小体定位检测方法的应用有一定意义。

人NPTX1相关H3K27ac富集的非保守性增强子鉴定

目的探索和鉴定人NPTX1相关H3K27ac富集的非保守性的增强子,完善NPTX1相关调控区的注释,为NPTX1相关疾病及非编码区突变的研究提供相应的理论基础。方法从CistromeDB数据库下载和分析涉及7种组织的39个H3K27ac ChIP-seq数据,选择NPTX1两侧100 kb范围内的峰。通过ECR浏览器分析各片段在人、小鼠和斑马鱼之间的序列保守性。将相应DNA片段插入双荧光素酶验证载体中,在人神经源细胞系SH-SY5Y和人肾源细胞系293T行双荧光素酶实验,以检测增强子活性。结果分析获得5个H3K27ac富集片段,各片段在人、小鼠和斑马鱼之间DNA序列不保守。NPTX1-E1-P在SH-SY5Y中双荧光素酶活性比值明显高于阴性对照组,但在293T细胞中其增强子活性下降约40%。结论NPTX1附近的H3K27ac富集片段中,NPTX1-E1-P在人神经细胞系SH-SY5Y中具有增强子活性,且在物种间序列保守性低。相对于人神经源细胞系SH-SY5Y,其在人肾源细胞系293T中增强子活性下降。

KDM5C通过Hippo-YAP1通路调控人宫颈癌发生的初步机制

目的探讨组蛋白去甲基化酶5C(KDM5C)通过Hippo-YAP1通路调控人宫颈癌发生的分子机制。方法采用稳转过表达KDM5C蛋白的CaSki细胞系,应用转录组测序(RNA-Seq)技术进行全转录组测序分析差异表达基因,并对差异基因进行GO分析、KEGG分析和蛋白互作网络分析。随后用siRNA敲低KDM5C基因,并通过RT-qPCR和Western blotting等反向验证关键受调控基因Yes相关蛋白1(YAP1)的表达变化。对过表达KDM5C蛋白的CaSki细胞系通过染色质免疫共沉淀测序(ChIP-Seq)技术和ChIP-qPCR方法分析KDM5C蛋白对YAP1基因启动子区间甲基化状态的影响。结果RNA-Seq分析显示,过表达KDM5C蛋白导致356个mRNA表达明显上调和335个mRNA表达明显下调(P<0.05);GO富集分析显示,KDM5C蛋白主要参与机体各种生物发育过程;KEGG富集分析显示,KDM5C蛋白主要参与黏着斑连接、甾类激素生物合成、Hippo-YAP1信号通路、FoxO信号通路、凋亡和感染等过程。RT-qPCR分析结果显示,敲低基因KDM5C可上调YAP1基因的表达;Western blotting结果也显示,降低KDM5C蛋白的表达可同时上调YAP1和磷酸化YAP1的表达水平(P<0.05)。ChIP-Seq分析显示,过表达KDM5C蛋白可明显升高YAP1基因启动子区间的H3K4me1水平、并降低H3K4me3水平(P<0.05),ChIP-qPCR分析也验证了这种表达变化(P<0.05)。结论KDM5C蛋白可调控宫颈肿瘤细胞YAP1基因启动子的组蛋白H3K4me1/me3甲基化水平,进而影响YAP1基因的转录。YAP1蛋白作为Hippo-YAP1通路的核心因子,其表达改变直接影响细胞的黏附、增殖和凋亡等过程,进而参与宫颈癌的发生发展。

真核生物转录因子与DNA互作的研究方法进展

转录水平的调控是真核生物基因表达中的重要环节,转录因子通过识别特定的DNA序列控制染色质和转录以指导基因表达。论文对研究真核生物转录因子与DNA相互作用的传统方法和新兴技术进行阐述,传统的研究方法包括转录因子结合位点预测、双荧光素酶报告基因系统、电泳迁移率变动分析和染色质免疫共沉淀测序等,其中染色质免疫共沉淀测序是基于生物体内的研究方法,对抗体特异性要求高且试验背景较大,限制了对非模式物种的研究,对此,开发了新兴技术如DNA亲和纯化测序和染色质靶向切割与标签化试验。结合上述方法可有效进行转录因子和DNA互作分析,对研究基因转录调控机制具有重要意义。

肝脏异维甲酸受体α调控脂代谢通路的基因组靶点分析

目的探讨肝脏异维甲酸受体α(RXRα)的基因组靶点特征及其下游通路与脂代谢的关系。方法将6只小鼠随机分为观察组和对照组各3只,分别给予维甲酸150 mg/(kg·d)和等量生理盐水灌胃,共7 d,测定血脂,并用染色体免疫沉淀测序和定量PCR比较RXRα靶基因谱和基因表达差异。结果观察组血清胆固醇和三酰甘油浓度较对照组显著降低(P<0.05),肝脏RXRα的基因组靶点和靶基因数均较对照组增加,以转录起始区靶点增幅最大(约58%)。RXRα的下游通路包括氧化还原、脂肪酸代谢和脂质转运等。观察组脂代谢相关靶基因中约48%(11/23)显著下调,22%(5/23)上调。结论肝脏RXRα及其下游通路是介导维甲酸调控脂代谢通路的重要因子。

利用ChIP-seq技术研究转录因子EDAG在全基因组的结合谱

为揭示红系分化相关基因(erythroid differentiation-associated gene,EDAG)在造血中的作用机制,利用ChIP-seq分析EDAG的全基因组结合谱.首先从产妇脐带血分离CD34+细胞,EPO诱导CD34+细胞培养5 d.利用EDAG抗体进行染色体免疫共沉淀(chromatin immunoprecipitation,ChIP)实验、Western印迹法检测EDAG抗体的富集情况.将富集到的DNA样品进行高通量测序,最后利用生物信息学分析测序结果.成功富集染色体DNA,经高通量测序和生物信息学分析,共得到1 292个EDAG结合位点的Peaks数目,代表了975个结合的基因且错误发现率(false discovery rate,FDR)小于0.0001.EDAG Peaks主要分布在基因间区和内含子区.进一步利用Q-PCR对ChIP-Seq数据进行了验证,证实EDAG可结合在检测的靶基因调控区上.将EDAG结合的基因进行基因功能(gene ontology,GO)注释,表明EDAG参与了细胞周期、细胞生长、细胞分化、细胞凋亡及信号通路等多种生物学过程.综上,利用ChIP-seq技术在促红细胞生成素(EPO)诱导分化的CD34+细胞中鉴定了1 292个EDAG结合的peaks对应975个基因,并对该结果进行了随机验证,提示EDAG广泛参与了多种生物学过程.该研究为揭示EDAG的功能及作用机制提供了线索.