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创新组合测序方法揭示转录因子特殊调控机制
发布时间:2018-03-05 16:40:34 | 浏览次数:

 转录因子是哺乳动物细胞中一类重要的基因调控元件,很多疾病的发生都与转录因子功能失调有关。2015年,美国麻省总医院及哈佛医学院研究者联合在Science发文,公布了他们关于转录因子与基因调控元件中DNARNA之间互作关系最新研究成果。


       在哺乳动物中,激活的启动子和增强子很多会出现双向转录现象,虽然之前已有很多关于双向转录的模型,但这类双向转录具体功能依然未知,研究者认为双向转录中所产生的RNA可能会对转录因子与调控元件之间的互作产生影响。

哺乳动物细胞基因组内基因异向转录示意图


       为了确认这一假设,研究者选择小鼠ESC作为研究对象,使用GRO-Seq技术对该类细胞中新生转录本进行了检测,确认该类细胞全基因组范围内大量存在双向转录现象。接下来研究者选择YY1作为代表性转录因子,进一步鉴定YY1与启动子和增强子新增转录本的互作情况。YY1已被证实在哺乳动物细胞发育过程中起到重要作用,在发挥功能过程中需要结合RNA。以小鼠Arid1a基因为例,ChIP-Seq分析发现, YY1会同时结合于Arid1a的启动子和增强子,它的结合域在这两种元件内都有富集,CLIP-Seq也表明YY1与启动子和增强子区域新生RNA都有互作,在启动子处,YY1更多结合于TSS下游。

GRO-Seq结果证实在小鼠ESC中激活的启动子和增强子存在双向转录。以Arid1a基因为例,将GRO-SeqCLIP-SeqChIP-Seq结果组合分析,能够发现YY1与激活的启动子和上游增强子DNA元件及新生转录本存在同时互作关系

基于以上结果,研究者假设在启动子和增强子区域产生的新生RNA可能起到稳定YY1与调控元件互作关系的功能。为了验证这一假设,研究者首先使用可逆的转录抑制剂减少这两处转录水平。GRO-SeqChIP-Seq结果表明,随着新生RNA的减少,这两个区域内YY1的富集程度确实出现了下降。接下来研究者使用RNase处理从ESC中提取出的染色质,染色质提取物中YY1丰度也明显下降。为了在体内证明新生RNA的功能,研究者又使用CRISPR/Cas9分别对YY1结合区域附近6个增强子进行改造,在该区域连接上60nt Arid1a基因所转录的RNA片段。ChIP-qPCR结果表面,CRISPR/Cas9编辑确实会增加增强子及启动子区域YY1的富
集。


使用DRB抑制小鼠ESC基因组转录,在启动子和增强子区域内,YY1-DNA-RNA互作明显受到抑制。图中DRB代表受到抑制,Rel代表抑制释放

Western Blot结果表明,用RNase A处理染色质后,YY1在染色质上的结合明显减少

 本项研究从DNARNA和蛋白质水平证实了新生RNA对于转录因子与转录调控元件互作的影响。启动子和增强子产生的新生RNA会将游离的转录因子捕获至启动子和增强子区域,而转录因子在被捕获后会进一步激活转录,产生更多新生RNA,从而形成一个正向调节反馈回路。已有研究表明,很多疾病相关序列变异都出现在增强子区域,根据这些研究成果,这种变异很可能是通过影响RNA-TF-DNA区域互作而引发疾病。

GRO-Seq实验流程图:

相关文献:Sigova A A, Abraham B J, Ji X, et al. Transcription factor trapping by RNA in gene regulatory elements[J]. Science, 2015, 350(6263): 978-981.

 
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