人类K562细胞系中组蛋白修饰的调控分析

利用10种组蛋白修饰和1种组蛋白变体的ChIP-seq数据,统计了K562细胞系和GM12878细胞系中11种组蛋白修饰在癌基因启动子区域的分布.比较了两个细胞系中致癌基因和抑癌基因启动子区域的组蛋白修饰分布密度,并计算了11种组蛋白修饰与基因表达的相关性,分别在致癌基因和抑癌基因中构建了组蛋白修饰和基因表达的多元线性回归方程,从而发现K562细胞系中癌症发生过程中组蛋白修饰的调控特征.最后对K562细胞系中超级增强子调控的致癌基因和抑癌基因进行GO功能分析,研究这些基因的生物学功能,进一步找出K562细胞系中癌症发生的5个关键基因GATA1、GATA2、H3F3B、LYL1和SH_2B3.     

组蛋白修饰分布特征及其相关性

利用H1(人类胚胎干细胞)和IMR90(人类胚肺成纤维细胞)两种细胞系的H3K9ac、H3K27ac、H3K4me1、H3K4me3、H3K9me3、H3K27me3、H3K36me3七种组蛋白修饰的ChIP-seq数据,统计了两细胞系中基因组及各功能区域(外显子、内含子、启动子)组蛋白修饰分布密度,计算了分布的相关性,讨论了H1和IMR90两个细胞系组蛋白修饰变化特征,为阐明组蛋白修饰在细胞生长、分化过程中的重要作用提供了一定的基础.     

G9a对TMS1基因表观调控作用的研究

为探究组蛋白H3K9me2催化酶G9a对甲基化诱导静止基因1(Target of Methylation induced gene Silencing 1, TMS1)的表观调控作用, 通过染色质免疫共沉淀实验检测G9a在TMS1基因启动子区域的结合情况, 然后构建shRNA表达载体转入细胞敲低G9a, 检测TMS1启动子区域组蛋白H3K9me2修饰程度与TMS1 mRNA表达水平.研究结果显示G9a在TMS1基因启动子区域有结合, 敲低G9a后, TMS1基因启动子区域H3K9me2抑制性修饰程度降低, TMS1 mRNA表达水平上升.此结果表明G9a可能通过在TMS1基因启动子区域产生H3K9me2抑制性修饰的方式参与了TMS1基因的表观调控.     

组蛋白修饰在四个基因集合中的分布特征

基于人类全基因组Feb.2009(GRCh37/hg19版本)的基因注释数据,筛选得到12207个在TSS前后20kb内无重叠的基因.以人类GM12878和K562两种细胞系为研究对象,通过计算基因与转录因子CTCF的关联强度得分Aij以及TSS附近的DNA甲基化水平Mij,将12207个基因分为四个集合,分别统计了每个基因集合中TSS侧翼3800bp区域内的11种组蛋白修饰信号的分布情况.结果显示H2AFZ、H3K4me2、H3K4me3、H3K9ac、H3K27ac和H3K79me2这六种呈现明显的双峰分布,且在GM_III和K_III集合中信号最强,在GM_II和K_II集合中信号最弱,表明CTCF的结合与DNA甲基化可以影响组蛋白修饰的分布.     

果蝇基因组功能区域组蛋白修饰的协同模式

基于"组蛋白密码"假设,以黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)为研究对象,应用CoSBI(coherent and shifted bicluster identification)算法对黑腹果蝇Oregon-R细胞株培养14-16h的胚胎细胞,在全基因组范围、RNA聚合酶Ⅱ结合区域、绝缘子结合蛋白的结合区域的22种组蛋白修饰的分布情况进行CoSBI聚类分析,发现了果蝇基因组的功能区域所具有的一些"核心组蛋白修饰",说明果蝇基因组的组蛋白修饰具有成簇出现、相互协同的调控模式.另外,将黑腹果蝇处于14-16h胚胎细胞的基因分为表达与不表达两类,分析了两类基因所在区域组蛋白修饰的组合模式.     

组蛋白甲基化修饰在小鼠早期胚胎发育中的建立与调控

 组蛋白修饰作为重要的表观遗传修饰，在调控胚胎基因表达、胚胎细胞的命运决定及胚胎基因组的稳定性等方面均起了很重要的作用。微量测序技术的发展使从全基因组水平上检测植入前胚胎的组蛋白修饰成为可能。综述了近年来利用该技术对小鼠早期胚胎发育过程中的组蛋白甲基化修饰研究的最新进展，总结了在胚胎基因激活及第一次细胞分化过程中组蛋白H3K4me3和H3K27me3修饰不同的建立和动态变化趋势，这些研究为探索胚胎发育和细胞分化的表观调控机制奠定了基础。     

转录因子和组蛋白修饰的分布特征

转录因子的结合与组蛋白修饰对于基因表达的精确调控是至关重要的.基于染色质免疫共沉淀的二代测序技术得到了大量转录因子结合和组蛋白修饰的ChIP-seq数据,借助于信号峰搜索(peak finders)算法,ENCODE数据库提供了转录因子结合和组蛋白修饰信号峰(Peaks)数据.利用人类GM12878与K562两类细胞系55种转录因子结合与11种组蛋白修饰最新的信号峰数据,统计了转录因子结合和组蛋白修饰在两类细胞系中全基因组范围及TSS附近的分布,计算了不同转录因子结合位点与组蛋白修饰的重叠率和平均重叠率,分析了转录因子之间发挥调控功能的相互作用模式,比较了转录因子结合与组蛋白修饰的细胞系特异性.     

基于广义线性模型的基因表达水平预测

组蛋白修饰是生物体中普遍存在的一种现象,能够以不同的调控方式影响基因表达,且随着高通量测序技术的飞速发展,大量的测序数据使得探究组蛋白修饰信号与基因表达水平之间的内在联系成为可能.由于基因表达数据存在零膨胀现象,提出了一种基于广义线性模型框架的主从模型,能够以较高精度从组蛋白修饰信号预测基因表达水平.首先通过人类全基因组注释文件中的基因位点信息,筛选出包含完整基因位点信息的表达数据;其次,根据基因位点信息,定位并提取出组蛋白修饰数据中基因特定位点的特征信息,构建设计矩阵;最后结合响应变量数据零膨胀的特点,构建主从模型,以GM12878细胞系为例,与现有的多种回归算法进行对比,验证了所提模型的有效性.     

组蛋白H3K36位点甲基转移酶识别组蛋白底物的分子机制研究进展

组蛋白H3第36位赖氨酸的甲基化修饰在染色质上含量丰富,与活跃转录以及DNA损伤修复等重要生理过程相关．H3K36位点可以被一甲基化、二甲基化和三甲基化3种形式修饰,目前已知的负责组蛋白H3K36三甲基化修饰的人源蛋白是SETD2,负责组蛋白H3K36二甲基化修饰的酶包含NSD1、NSD2和NSD3和ASH1L共4名成员．这些H3K36甲基转移酶都具有非常特异的H3K36位点选择性,因此,对调控体内H3K36甲基化修饰的水平和分布十分重要．此外,它们的表达异常与人类的多种疾病相关．因此,解析组蛋白H3K36甲基转移酶识别并修饰组蛋白底物的分子机制,对揭示这些酶参与的表观遗传调控机制及其在体内的生理功能都具有十分重要的意义．早期的研究使得人们对组蛋白H3K36甲基转移酶催化底物的机制有了较深入的认识,但是由于解析的修饰酶与底物复合物的结构较少,对这些酶特异识别组蛋白底物分子机制的认识尚有很多不足．近年来,随着冷冻电镜技术的应用,H3K36甲基转移酶与核小体底物的复合物结构相继取得了突破,极大地推进了人们对这些酶识别并催化组蛋白底物分子机制的认识．本文以这几个组蛋白H3K36甲基转移酶为主要目标,对其分子机制的最新进展进行介绍总结．      

Ser28磷酸化组蛋白H3在哺乳动物有丝分裂细胞中的动态分布

利用特异性抗Ser28磷酸化组蛋白H3抗体,应用间接免疫荧光标记技术,标记人乳腺癌细胞 (MCF-7)和小鼠成纤维细胞(NIH 3T3),用激光共聚焦显微术研究这两种哺乳动物细胞中Ser28磷酸化组蛋白 H3在有丝分裂过程中的动态分布,以研究Ser28磷酸化组蛋白在细胞有丝分裂过程中的作用.结果表明,Ser28 的磷酸化作用是这两种细胞有丝分裂期的特有事件.组蛋白H3的Ser28磷酸化信号首先出现在早期的核外周, Ser28磷酸化在中期达到高峰,并扩展到染色体的所有部分,后期和末期逐渐减退,随着胞质分裂的完成而消失. 实验结果表明,组蛋白H3 Ser28的磷酸化与有丝分裂染色体的凝集和解凝集过程有着时间和空间上的相关性. Ser28磷酸化使得组蛋白H3氨基末端的正电荷数降低,这可能是导致染色质变构凝集的原因之一.有丝分裂期 间组蛋白H3在Ser28位置磷酸化过程与Ser10相比有明显的差异,因此在动物细胞中,组蛋白H3氨基末端这 两个不同丝氨酸残基的磷酸化可能有不同的生物学功能.     

MEN1基因生物学功能研究进展

MEN1基因是多发性内分泌肿瘤1型综合征(MEN1)的关键致病基因之一.其编码蛋白menin在细胞核中与混合谱系淋巴瘤基因(MLL)等大量关键转录因子相互作用,直接参与组蛋白甲基化修饰等表观遗传调控过程,对靶基因转录和细胞表型的维持起关键的调控作用.MEN1基因突变导致的menin表达或核转位异常将引起一系列信号通路紊乱,进而引起内分泌系统疾病如MEN1.近年来,随着研究的深入,发现menin参与调控的组蛋白3的赖氨酸4残基(H3K4)甲基化修饰与内分泌系统肿瘤以及非内分泌系统如血液系统肿瘤的发生密切相关;我们最近的研究结果显示,menin通过赖氨酸27残基(H3K27)组蛋白甲基化修饰调控的多效生长因子等关键信号通路是调节肺癌表型的重要机制之一,提示menin在内分泌系统之外的广泛的生物学作用.综述了本实验室及国际上关于menin生物学功能的经典及最近的研究,重点介绍menin在非内分泌系统肿瘤发生发展中的关键作用及其调控的组蛋白修饰特点、规律.同时根据我们新近的研究,提出menin在其他系统疾病发生中的可能作用.这些新发现将有助于进一步深入揭示menin介导的表观遗传学调控在疾病发生中的关键作用,为以menin为靶点的疾病治疗提供崭新思路.     

酿酒酵母几个组蛋白修饰间的因果组合关系分析

构建了酿酒酵母BY4741的四个组蛋白修饰位点突变菌株H3K14A、H3K9A、H4K5A和H4K12A,基于突变菌株的Western blot实验检测了组蛋白H3和H4的目的位点修饰程度。结果显示,四个变体的所有被研究修饰水平与对照菌株相比差异极显著。变体H3K14A和H4K5A之间的H3K9Ac修饰水平、H3K9A和H4K12A变体之间的H3K4me3修饰水平以及H3K9A和H4K12A之间的H3K36me3修饰水平差异显著。H3K14A和H4K5A之间的H4K12Ac修饰水平、H3K9A和H3K14A变体之间的H3K36me3修饰水平、H3K14A和H4K12A变体之间的H3K36me3修饰水平以及H3K9A和H4K5A变体之间的H3K79me3修饰水平差异不显著。实验结果证实的多个修饰之间的因果关系与前期网络预测吻合。     

H3K79me3在结直肠癌EMT-MET过程中的作用

上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）及其逆过程间充质-上皮转化（mesenchymal-epithelial transition, MET）是肿瘤转移的关键过程。以结直肠癌（colorectal cancer, CRC）转移期间在EMT和MET之间表达改变相反的基因为研究对象(即在EMT中下调然后在MET中上调的基因（E_D-M_U）和在EMT中上调然后在MET中下调的基因（E_U-M_D）),计算并比较了EMT-MET过程中组蛋白修饰水平和基因表达水平的变化,结果发现E_D-M_U基因启动子中的H3K79me3水平在EMT过程降低然后在MET过程升高。基于组蛋白修饰特征,使用随机森林对与EMT-MET相关的上下调基因进行了预测,结果发现H3K79me3的预测结果最好（AUC=0.974）。通过构建蛋白质相互作用网络确定了10个与转移相关的hub基因。最后,计算了hub基因启动子区组蛋白修饰水平的变化,结果...     

国外期刊亮点

正破译"组蛋白密码"识别新机制清华大学医学院基础医学系和结构生物学中心XXiiaaoonnaann SSuu等从结构生物学角度解析组蛋白甲基化修饰识别新机制,进一步探索了表观遗传调控研究。研究成果发表于3月15日出版的GenesDev。该研究报道了Spindlin1蛋白特异识别一种新型组蛋白甲基化修饰组合H3"K4me3─R8me2a"的分子结构基础,并结合细胞生物学研究,探讨了该识别在结肠癌Wnt信号通路中的激活调控作用。结构研究表明Spindlin1分别通过串联Spin/Ssty结构域2和1特异性识别组蛋白H3K4me3和H3R8me2a甲基化修饰;利用等温量热滴定法测定该识别的结合常数高达45 nmol,是目前已报导的结合力最强的组蛋白修饰识别事件,充分显示了组蛋白修饰多价态识别的潜力。     

慢性铅暴露对海马神经元中组蛋白H3K4甲基化转移酶的影响

文章以原代海马神经元为模型,探讨慢性铅暴露对组蛋白H3K4甲基化转移酶Kmt2a(MLL1)的影响及潜在机制。将原代海马神经元细胞分为空白对照组和慢性铅暴露实验组。实验组在第3天加入5μmol/L的醋酸铅暴露至第14天。通过Western blot检测MLL1以及组蛋白H3K4的甲基化蛋白表达量,定量聚合酶链式反应(quantitative polymerase chain reiciton,Q-PCR)检测甲基化转移酶、去甲基化转移酶以及相关LncRNA的mRNA表达量。结果显示:铅暴露显著降低了MLL1蛋白的相对质量,且其mRNA的水平也显著降低,但是作为MLL1的下游H3K4me2和H3K4me3的蛋白相对质量并没有产生显著性变化。Q-PCR结果显示,与对照组相比,另一种亚型组蛋白H3K4甲基化转移酶Kmt2b的mRNA水平不变,同时H3K4去甲基化酶Kdm1a的mRNA表达量显著降低,而Kdm5a不变。另外,H3K4me3的下游基因Nrg1和Meis2的mRNA水平均显著降低,并且具有招募功能的4种LncRNA(Evx1as、Hoxb5/6as、Malat1、MIAT)的mRNA水平均显著上升。该研究结果表明,慢性铅暴露环境对于H3K4甲基化的蛋白总量并没有产生影响,但是影响了其在染色质中的分布,并且这一过程可能是受上游LncRNA的调控实现的。     

酿酒酵母组蛋白H3K14乙酰化对H3K4三甲基化的影响

首先构建酿酒酵母BY4741组蛋白H3第14位赖氨酸突变菌株,该位点突变后则不能被乙酰化.然后通过Western blot检测突变菌株和未突变菌株(对照菌株)的H3K4三甲基化.结果表明,H3K14突变菌株中未检测到H3K4三甲基化,而作为对照的未突变菌株能够检验到H3K4三甲基化修饰.该结果显示酿酒酵母组蛋白H3K14乙酰化能够对H3K4三甲基化产生影响.     

植物组蛋白赖氨酸甲基化研究进展

组蛋白甲基化修饰在真核生物的表观遗传调控中具有重要作用．SET结构域蛋白质可以特异地甲基化修饰组蛋白的赖氨酸残基,进而促进或抑制基因的表达．有关SET结构域蛋白质和组蛋白赖氨酸甲基化的研究为深入了解染色质结构和功能提供了重要信息．文中综述了组蛋白赖氨酸甲基化修饰在植物中的最新进展,探讨了SET结构域蛋白质在植物生长发育调控中的重要作用．     

lnc1343对小鼠胚胎干细胞多能性的影响及其基因座潜在作用机制

哺乳动物基因组可以转录数以千计的长非编码RNA(longnon-coding RNA, lncRNA),lncRNA能够在多种层次以灵活的方式对基因表达进行调控.尽管lncRNA在基因表达调控过程中的作用已经毋庸置疑,但目前只有少数lncRNA的功能和作用机制得到了研究.lnc1343是一条由小核仁RNA宿主基因3所转录的lncRNA,其表达失调与许多人类疾病有密切关联.研究结果表明lnc1343能够通过自身转录本来调控小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cells, mESCs)的多能性维持, CRISPR-cas9 介导的lnc1343的转录起始位点和基因座的敲除显著降低了多能性基因(Nanog, Sox2, Oct4)的表达,同时也能通过邻近调控相邻基因Rcc1的表达.此外,通过对Chip-seq数据库的分析,发现lnc1343基因座位存在大量的H3K27ac以及H3K4mel的表观遗传修饰,通过Capture C实验捕获与lnc1343基因座位相互作用的DNA区域,发现大部分相互作用区域位于基因的启动子区,表明lnc1343基因座位可能发挥增强子功能,通过长距离染色质相互作用调控基因表达,进而调控mESCs多能性.总之,lnc1343不仅可以通过自身的转录剪切形成的lncRNA来调控mESCs的多能性,同时也能通过其基因座位调控染色质的长远距离相互作用.     

GM12878细胞系CTCF活性结合位点的预测

转录因子的结合能够影响下游目标基因在特定时间、空间的转录和表达.转录因子结合具有细胞特异性,受到染色质开放特征、多种组蛋白修饰以及其他转录因子结合等多种因素影响.以GM12878细胞系为研究对象,构建了CTCF活性结合位点数据集(正集,876个位点)与非活性结合位点数据集(对照组,负集,231130个位点)。根据DNase-seq、H3k4me2、H4k20me1、H3K4me3、H3K27me3、H3K9me3、H3K9ac、RAD21、SMC3这九种特征,分别利用支持向量机(SVM,Jackknife检验)和随机森林(RF,5-fold交叉验证)这两种方法,对CTCF的活性结合位点进行预测,九种特征融合的预测准确度分别达到93.87%和94.46%,平均预测的准确度分别是94.78%和95.40%。结果显示,这九种特征对GM12878细胞系转录因子CTCF的结合具有重要的调控作用,而SMC3的结合对CTCF结合的调控尤为重要。     

黑腹果蝇种组组蛋白基因间内含子区的分子进化

通过分析黑腹果蝇种组(Drosophila melanogasterspecies group)9个种亚组代表种和D.pseudoobscura的组蛋白基因H2A和H2B的内含子的碱基组成、替换速率、转换/颠换比、二级结构和系统发育关系等发现:整个序列长度变异范围在201 bp(ficusphila)到232 bp(takahashii)之间,替换速率为0.82,转换明显高于颠换,内含子和外显子结合区不遵循“GT-AG”和“AT-AC”模式,而是“TT-AG”模式,二级结构与系统分化关系具有相关性.我们认为组蛋白基因H2A和H2B的内含子是先起源的,在进化过程中由于承受的选择压力不同而发生了变异.