。

核小体由一个组蛋白八聚体和缠绕在上面的DNA组成。

核小体与核小体之间通过一段linker

DNA连接。

这些核小体在染色体中处于不同的染色质构象中#xff1a;常染色质是结构比较松散的染色质#xff0c;这种松散…真核生物的染色体由染色质组成染色质则是由核小体组成。

核小体由一个组蛋白八聚体和缠绕在上面的DNA组成。

核小体与核小体之间通过一段linker

DNA连接。

这些核小体在染色体中处于不同的染色质构象中常染色质是结构比较松散的染色质这种松散的结构使得DNA上的调控元件启动子增强子等处于物理可接近的状态从而可以被转录因子等蛋白结合进而激活转录过程异染色质结构比较紧密DNA被压缩折叠处于不可接近的状态从而无法被转录因子等蛋白结合无法激活转录。

因此染色质构象是基因表达调控的关键手段之一。

ATAC-seq是目前染色质构象研究的主流工具。

通过ATAC-seq可以在全基因组范围内检测染色质的开放程度从而得到全基因组范围内的蛋白质可能结合的位点信息。

除了研究组织特异性的染色质可及性模式ATAC-seq也可以用来阐明细胞激活或信号传导引起的更即时的染色质可及性变化。

在这篇文章中ATAC-seq技术被用来识别静息状态和刺激激活的免疫细胞之间的染色质可及性变化。

整篇文章思路清晰有很好的借鉴意义。

发表期刊Epigenetics

炎症性细胞因子特别是白细胞介素-1Interleukin-1,

IL-1在病原体和有害物质的宿主反应中发挥关键作用针对IL-1相关细胞因子的抑制剂在临床治疗中具有重要价值尤其是在自身炎症性疾病的治疗中Palomo

al.,

2015。

IL-1通过直接的信号通路介导的转录因子激活和调控元件结合可以迅速引发基因表达的变化Weber

al.,

2010。

染色质的可及性变化与基因表达调控紧密相关。

作者使用对IL-1刺激具有良好响应特性的软骨肉瘤细胞系SW1353作为实验材料利用ATAC-seq技术评估了细胞经IL-1处理后染色质可及性的变化以及这些变化如何与基因表达调控相联系进而为炎症性疾病的潜在治疗策略提供新的见解。

研究思路

为了研究IL-1刺激期间的动态染色质特征作者在对照和IL-1刺激软骨肉瘤细胞系SW1353中进行ATAC-seq每组3个重复。

通过比较对照样品和IL-1处理样品之间的峰确定了241个显著区域的可及性发生变化图1a并绘制了STX8和DIPK1A/FAM69A基因位点内显著峰的基因组示例插图图1b以及所有峰和相对于TSS的显著峰分布图图1c。

对比所有峰值或全基因组分布241个显著差异可及区域在被标记为增强子的区域显著富集。

图1d。

另外通过与HeLa衍生KB细胞中受IL-1调控的基因组区域数据的比较Weiterer

al.,

2020发现不同细胞类型对IL-1刺激的染色质可及性响应是具有一定的共性的。

02.

其次作者将鉴定到的这些显著差异可及区域进行基因注释通过GO分析发现这些可接近性增加的区域与炎症反应或对外部刺激的反应相关的条目相关图1e。

Motif分析确定了调节不同可及性区域的潜在转录因子可及性增加的区域可能与RelA、IRF1/ZNF263、CEBPA和ELF3等蛋白有关可及性降低的区域可能是ZNF263、RUNX1和STAT3等图1f。

作者将通过ATAC-seq得到的peaks与HeLa衍生的KB细胞IL-1刺激后生成的RelA

al.,

2016结果显示刺激后明显更容易接近的区域中有50%包含至少一个相关的RelA结合的ChIP-seq峰比例明显增加表明这些区域在IL-1刺激下对RelA有显著的亲和力图1g。

03.

为了确定染色质可及性的变化是否与基因表达变化相关作者进行了全基因组基因表达微阵列分析。

IL-1刺激导致408个基因上调和51个基因下调。

典型的IL-1响应基因包括IL8CXCL8、IL6、CCL2和NFKBIA都显著上调图2a。

然后将差异表达的基因与染色质可及性的变化相关联发现可及性和基因表达改变之间存在正相关图2b。

04.

为了检验IL-1诱导的基因位点中可及性增加的区域是否对基因诱导必需作者采用CRISPR/Cas9技术敲除了MMP13、C1QTNF1、IKBKE和TNIP1位点在IL-1刺激后四个基因都上调表达内的显著内含子可及区域这些区域通过Motif分析和与IL-1诱导的RelA

ChIP-seq峰值的交叉对比被识别为RelA结合位点图3a。

结果发现MMP13、C1QTNF1和IKBKE基因在IL-1刺激下的上调表达相应减少而TNIP1基因的表达未受影响图3b。

IL-1响应基因IL-8的表达未受这些区域敲除的影响表明这些区域的敲除没有影响信号通路本身。

接下来作者又做了dCas9-VPR转录激活实验使用dCas9转录激活子dCas9-VPR向这些区域引入gRNA可以增强IL-1诱导的目标基因表达图3c。

并且还使用荧光素酶报告基因系统在体外测试了这些增强子对IL-1的反应证实了这些特定染色质区域在调控IL-1诱导的基因表达中的作用图3d。

案例小结

1、研究发现通过ATAC-seq确定了126,483个开放染色质区域其中241个区域在刺激后显示出显著的可及性差异这些差异可及区域主要对应于基因组中被标记为增强子的区域。

2、转录因子分析Motif分析发现在变得更加可及的区域中显著富集了RelA结合基序ChIP-seq数据分析证实了RelA与这些区域的结合。

3、功能验证作者还观察到差异染色质可及性与基因表达之间存在显著相关性。

使用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除刺激后变得更加可及的区域证实了这些区域在调控基因表达中的功能。

这些区域在使用dCas9转录激活子时也显示出激活作用并在细胞模型中表现出增强子活性。

4、总体来说该篇文章的数据共同描述并在功能上验证了许多参与炎症信号传导的动态可及性染色质区域这些发现有助于深入理解炎症信号如何通过染色质层面的调控影响基因表达进而可能揭示新的治疗炎症性疾病的靶点。

5、目前ATAC-seq发表文章数量逐年增加伯远生物可以提供ATAC-seq技术的一站式服务为您的研究提供助力。

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参考文献