小鼠与人类四个细胞系组蛋白修饰差异分析

小鼠是一种重要的模式生物,在细胞结构、解剖形态上都与人类相似.为了了解小鼠和人类细胞在组蛋白修饰方面的异同,统计了人类H1-hesc、K562及小鼠ES-bruce4、MEL四个细胞系的七种重要的组蛋白修饰在不同功能区域的分布,并分析比较在TSS附近组蛋白修饰与基因表达的相关性及高低表达基因组蛋白修饰之间相关性的异同.结果表明组蛋白修饰H3K27me3在小鼠和人类细胞的高低表达基因不同功能区域上分布不同;小鼠的组蛋白修饰与RPKM的Pearson相关性要比人类的相关性高,且小鼠无负相关,但人类有负相关.在高表达基因中,人类两种细胞组蛋白修饰之间相互关系相似,小鼠两种细胞组蛋白修饰之间相互关系相似.小鼠和人类细胞在组蛋白修饰方面有所不同,这些结果对相关问题的进一步研究有一定意义.     

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.     

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.     

肺鳞状细胞癌和肺腺癌差异表达基因

癌组织与癌旁正常组织中的差异表达基因与非小细胞肺癌的发生发展密切相关。本文基于肺腺癌和肺鳞状细胞癌的RNA-Seq数据,首先利用R包DESeq2初步筛选得到2种亚型癌组织与正常组织的差异表达基因;然后运用方差分析鉴别了这些基因表达水平的组内差异和组间差异,构建了5个差异与非差异表达基因集合。参考COSMIC、CCGD和DISEASES数据库已有癌基因信息,统计分析了各数据集中癌基因的分布。参考COSMIC、TSGene 2.0数据库中原癌和抑癌基因信息,利用韦恩图求交集法获得2种癌症亚型的潜在原癌和抑癌基因。结果发现在肺鳞状细胞癌中,癌基因在5个集合中所占比例分别为:47.2%,38.7%,61.6%,55.6%,38.2%;在肺腺癌中,其所占比率分别为:43.9%,32.3%,64.6%,52.1%,40.5%。研究表明方差分析进一步筛选的上下调、组间差异集合中含有较多癌基因,获得肺鳞状细胞癌潜在原癌基因72个,抑癌基因244个;肺腺癌潜在原癌基因43个,抑癌基因159个。     

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。     

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.     

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.     

乳腺癌中hsa-miR-17-92基因簇及其旁系同源体的共调控作用

hsa-miR-17-92基因簇高度保守,可以作为抑癌基因抑制乳腺癌细胞的增殖.包括2个旁系同源体:miR-106a-363和miR-106b-25基因簇,其序列高度相似,可能通过调控共同靶基因而具有相似的功能.探讨3个基因簇转录的15条microRNA的序列特征,以及共调控靶基因在人类乳腺正常和癌细胞系中的表达;并进一步就显著差异表达基因进行GO和Pathway(KEGG)分析.结果表明,超过75%(178/236)的共调控靶基因表达具有显著差异性,这些基因可能与生物体的细胞代谢、转录后调控、生物合成等多种生物学过程有关,参与细胞周期,癌症等信号通路.分析发现乳腺特异基因PTPN4在乳腺癌中的低表达影响蛋白磷酸化水平和细胞周期,SMAD4、CCND1和E2F1作为与细胞周期相关基因在细胞的G1期起重要作用,它们的低表达阻止细胞从G1期进入S期,从而抑制癌细胞的生长,起到抑癌作用.特别是,一方面基因簇调控CCND1和E2F1使其低表达,另一方面它们作为转录因子结合到基因簇的启动子区诱导基因簇表达,从而形成负反馈调控循环调控下游基因表达.     

抑癌基因与原癌基因在正常细胞与癌细胞中的表达水平与甲基化比较

选取抑癌基因和癌基因转录起始位点和转录终止位点上下2000bp,研究它们在癌细胞和正常细胞中甲基化分布差别,结果表明抑癌基因在癌细胞比正常细胞甲基化分布高,并且抑癌基因甲基化分布集中于转录起始位点前后1000bp,而原癌基因的甲基化分布要比抑癌基因的分布广.然后又对每个抑癌基因和原癌基因转录起始位点和转录终止位点的甲基化水平进行了研究,找出了在所选的癌细胞比正常细胞甲基化高的抑癌基因RUNX3,WT1,发现它们都是转录因子且生物学功能相似.     

癌基因与抑癌基因

癌基因和抑癌基因都存在于正常的细胞中,癌基因可以通过病毒感染,非病毒因子诱发等多种途径被激活,然后诱导触发一系列与细胞生长分化有关的基因表达,从而至病,抑癌基因的丢失,突变,失活,也会导致细胞的癌变。     

人消化道肿瘤的表观遗传学研究

肿瘤的发生机制中有遗传学说和表观遗传学说．后者研究的主要内容包括DNA甲基化修饰和组蛋白的各种修饰．消化道肿瘤的发生发展存在表观遗传修饰的异常,如癌基因的低甲基化和抑癌基因的高甲基化,也同时存在着组蛋白乙酰化等修饰的紊乱．通过干预表观遗传修饰防治消化道肿瘤具有广阔的应用前景．     

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...     

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.     

原位癌病变的基因改变和表达

阐述原位癌病变中调控细胞生长、分化的癌基因、抑癌基因、错配修复基因的突变、缺失和异常表达。说明原位癌中的这些分子水平的变化与浸润癌已无本质的区别，有的只是发生频率和强度的差别。     

癌症与DNA甲基化异常

DNA甲基化是哺乳动物基因组最常见的修饰方式,它存在于生物体正常的生理过程,DNA异常甲基化和疾病的发生发展有关.该文综述了癌症中存在着的DNA的异常甲基化现象,即抑癌基因的高度甲基化,低表达,及癌基因的低甲基化,高表达,检测这些基因的甲基化状态可以为癌症的早期诊断及治疗提供参考依据.     

癌基因和抑癌基因在肺癌中的研究进展

肿瘤发生是一个多步骤多阶段的过程。外源性致癌物诱导机体某些易感细胞的遗传物质，使之发生变化，进而获得一种具有选择生长优势和克隆扩增的异常增殖细胞即肿瘤细胞。其关键因素在于细胞染色体上原癌基因激活（和）肿瘤抑制基因的失活。本文就近年来与肺癌发生、发展相关的癌基因和抑癌基因研究现状予以综述。1癌基因癌基因亦称显性癌基因，普遍存在于各种生物细胞中。在正常情况下，它的表达受到严格的程序控制，当细胞受到外界致癌因素作用后，原来处于静止状态的癌基因即被激活而发生某种基因突变或其它改变，使基因表达失去控制，使…     

头颈部鳞状细胞癌差异表达基因分析

头颈部鳞状细胞癌是最常见的恶性肿瘤之一,病死率很高。本文从美国癌症基因组图谱(TCGA)数据库中下载头颈鳞癌的基因表达数据和临床数据,筛选HPV阳性和HPV阴性的头颈鳞癌组织之间与患者生存相关的差异表达基因,然后参考COSMIC和TSGene2.0数据库中的原癌基因和抑癌基因信息,挑选出可能使HPV阳性头颈鳞癌患者的预后优于HPV阴性头颈鳞癌患者的预后的基因。根据生存分析找到MAP4K1、IKZF3、MZB1、TSPAN32、CCND1、CDK6和WT1与HPV相关的头颈鳞癌的预后相关,为头颈鳞癌的临床诊断和治疗提供潜在的靶点。     

低氧与表观遗传学互作的研究进展

表观遗传学是指基因组DNA序列不发生改变的情况下,基因表达水平发生变化从而导致的可遗传表型变化的现象.表观遗传可通过与低氧诱导因子(HIF)家族协同作用,以促使细胞适应低氧环境,从而参与到低氧应答的调控过程中.现就表观遗传学通过以下四个方面与低氧应答进行综述:1)VHL与PDH3调控HIF稳定性;2)通过影响HIF-1α共激活复合物的活性、HRE位点的修饰、HIF结合位点或附近区域的染色质活性,阻止HIF与HRE位点结合;3)组蛋白脱甲基酶对低氧应答相关基因的转录调控;4)低氧环境引起细胞内整体的组蛋白修饰程度和DNA甲基化水平改变.     

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。