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ChIP测序报告中的图怎么用来发文章?(三)
2019-05-06

细胞中DNA结合蛋白数目众多、功能各异,在复杂的细胞环境中,这些蛋白如何知道自己应该结合于基因组的具体位置?这就得依靠DNA序列上的某些特定标识来引导它,motif(结合基序)是DNA上的指路牌,蛋白通过motif 可识别DNA结合位点。不同的motif具有不同的特性,可被不同类型的蛋白识别,与蛋白结合的能力也不尽相同。

转录因子通常通过识别motif,与基因的调控区域结合,发挥转录调控作用。motif个别碱基的变化甚至导致转录因子完全不能识别和结合调控区域,调控作用因此失效。

ChIP测序数据分析中的motif分析,可获得motif序列和序列中每个碱基出现的频率,并通过motif--motif对应的peak--peak关联的基因的对应关系,找到motif所对应的基因。这对研究转录因子功能,预测潜在结合位点等有重要的作用。

motif在序列中反复出现,每个位置的碱基出现的频率、保守性不同,这些在motif中都可体现。在上图中,motif的第一位A出现的频率最高,然后依次是GTCmotif第二位C出现的频率最高,然后依次是AGmotif第三至第八位的碱基依次为CAGCTA,出现概率100%,非常保守。

motif找到其所在的基因,对后续研究能提供什么思路呢?我们还是从文献中寻找灵感。

 

01

这是一篇专门研究转录因子的文章,作者通过ChIP-seq发现了新的玉米转录因子Opaque2O2)的motif TGACGTGG,其核心序列为ACGT。它与O2的结合强度甚至高于已发现的motif Z3 (TCCACGTAGAT)B3 (GATGATGTGG) motif TGACGTGG在多个顺式作用元件中出现,对研究O2的结合特征、调控特点均有指导意义。

motif TGACGTGGEMSA验证转录因子O2Z2B3及这篇文章发现的4motif结合

参考文献:Genome-Wide Characterization of cis-Acting DNA Targets Reveals the Transcriptional Regulatory Framework of Opaque2 in Maize

 

02

这篇文章作者研究的转录因子是JunBChIP-seq检测到JunB直接结合基因SQSTM1,且JunBChIP-seq结合峰区域内含有motif AP-1序列TGACTCA。既有力的证明了ChIP-seq的可靠,又为下一步的研究方向(SQSTM1)给出指引。

参考文献:RNA-Seq and ChIP-Seq Reveal SQSTM1/p62 as a Key Mediator of JunB Suppression of NF-jB-Dependent Inflammation

 

03

TMPRSS2-ERGT2E)基因融合在高达约50%的前列腺癌中出现,并引起原癌基因ERG过表达。ERG蛋白可通过激活顺式调控元件(cis-regulatory elementsCREs)发挥调控作用,如引起细胞类型特异性的mRNA表达。

通过组蛋白乙酰化H3K27acChIP-seq富集激活的CREs并测序,发现与无T2E基因融合的肿瘤相比,出现T2E的肿瘤中,7千多个CREs的组蛋白乙酰化上调(激活状态),这些CREs具有forkhead (FKH)ETSandrogen responsive element (ARE) homeobox (HBOX)motifs,这些motif可被前列腺癌相关的转录因子(如ERG)等结合。后续,作者对这些CREs的整体分布及调控机制进行研究。

参考文献:TMPRSS2–ERG fusion co-opts master transcription factors and activates NOTCH signaling in primary prostate cancer

 

 

04

在这个胶质母细胞瘤(GBM)研究案例中,作者通过Zeb1ChIP-seq发现两类motifE-box序列(CAGGTG)和HMG-boxhigh mobility group box)序列(ACAAAG),其中E-box序列已有研究报道:Zeb1直接结合基因的E-box并起到抑制表达的作用。因此作者将目光聚焦到另一个motif——HMG motif

转录因子Lef1 Tcf3Tcf4也结合HMG motif,且在GMB中高表达。作者选择受Zeb1正向调控的基因Nrp2Prex1深入研究,发现Lef1Tcf3Tcf4等因子,被招募到基因Nrp2Prex1的调控区域的HMG motif ,与Zeb1发挥协同调控作用,促进Nrp2Prex1表达上调,促进胶质母细胞瘤侵袭、影响患者生存期缩短。

转录因子Lef1 Tcf3Tcf4也结合HMG motif,且在GMB中高表达。作者选择受Zeb1正向调控的基因Nrp2Prex1深入研究,发现Lef1Tcf3Tcf4等因子,被招募到基因Nrp2Prex1的调控区域的HMG motif ,与Zeb1发挥协同调控作用,促进Nrp2Prex1表达上调,促进胶质母细胞瘤侵袭、影响患者生存期缩短。

参考文献:Zeb1 potentiates genome-wide gene transcription with Lef1 to promote glioblastoma cell invasion