學(xué)習(xí)文章：如何通過CHIP-seq分析鑒別基因啟動(dòng)子和增強(qiáng)子 - 簡書 (jianshu.com)
一握截、表觀遺傳學(xué)的組蛋白修飾
染色體一個(gè)核小體由兩個(gè)H2A类嗤，兩個(gè)H2B捞挥，兩個(gè)H3琢蛤，兩個(gè)H4組成的組蛋白八聚體和147bp纏繞在外面的DNA組成。組蛋白有很多修飾形式，包括組蛋白末端的乙酰化、甲基化甥郑、磷酸化、泛素化荤西、ADP核糖基化等等澜搅，這些修飾都會(huì)影響基因的轉(zhuǎn)錄活性。而組蛋白H3是修飾最多的組蛋白邪锌。
組蛋白甲基化和乙趺闾桑化主要發(fā)生在它們的N-末端尾部并且可以影響基因的轉(zhuǎn)錄。大量研究表明觅丰，組蛋白乙醵Γ化主要與基因激活有關(guān)，而甲基化取決于其位置和狀態(tài)妇萄，與抑制或激活有關(guān)蜕企。組蛋白乙酰化主要發(fā)生在H3冠句、H4的N端比較保守的賴氨酸位置上轻掩，是由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶和組蛋白去乙酰化酶協(xié)調(diào)進(jìn)行懦底。特定基因部位的組蛋白乙醮侥粒化和去乙酰化是以一種非隨機(jī)的、位置特異的方式進(jìn)行丐重。乙跚徽伲化可能通過對(duì)組蛋白電荷以及相互作用蛋白的影響，來調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄弥臼。
Figure 1 ：Readers of histone PTMs. Recognition of themethylated(me) lysine, methylated (me) arginine, acetylated (ac) lysine andphosphorylated (ph) serine and threonine residues ofthe N-terminalhistone H3 tail by indicated readers.
圖片來源：Perceiving the epigeneticlandscape through histone readers. Nat Struct Mol Biol,19, 1218-1227. E.L.Greer, and Y.Shi (2012)
組蛋白甲基化的位點(diǎn)是賴氨酸和精氨酸宴咧。賴氨酸可以分別被一根灯、二径缅、三甲基化，精氨酸只能被一烙肺、二甲基化纳猪。研究表明，組蛋白精氨酸甲基化是一種相對(duì)動(dòng)態(tài)的標(biāo)記桃笙，精氨酸甲基化與基因激活相關(guān)氏堤。相反，賴氨酸甲基化似乎是基因表達(dá)調(diào)控中一種較為穩(wěn)定的標(biāo)記搏明。例如鼠锈，H3第4位（H3K4）的賴氨酸殘基甲基化與基因激活相關(guān)，而第9位和第27位賴氨酸（H3K9星著，H3K27）單甲基化與基因激活有關(guān)购笆，三甲基化與基因沉默相關(guān)。
基因組包含大量的非編碼DNA調(diào)控元件虚循，包括沉默子同欠、絕緣子、啟動(dòng)子和增強(qiáng)子横缔，在基因表達(dá)中起重要作用铺遂。啟動(dòng)子是RNA 聚合酶識(shí)別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA 序列茎刚，它含有RNA 聚合酶特異性結(jié)合和轉(zhuǎn)錄起始所需的保守序列襟锐，一般位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的上游。增強(qiáng)子是指能夠使基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的 DNA序列膛锭，是關(guān)鍵的調(diào)控元件粮坞，可以影響基因轉(zhuǎn)錄，而與其方向或距離無關(guān)泉沾，增強(qiáng)子通忱搪欤可以遠(yuǎn)離其調(diào)節(jié)目標(biāo)數(shù)千個(gè)堿基對(duì)。增強(qiáng)子有別于啟動(dòng)子處有兩點(diǎn):[1]增強(qiáng)子對(duì)于啟動(dòng)子的位置不固定跷究，而能有很大的變動(dòng);[2]它能在兩個(gè)方向產(chǎn)生相互作用姓迅。一個(gè)增強(qiáng)子并不限于促進(jìn)某一特殊啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄，它能刺激在它附近的任一啟動(dòng)子。
二丁存、組蛋白修飾的CHIP-seq分析方法區(qū)分增強(qiáng)子和啟動(dòng)子
組蛋白修飾能預(yù)測(cè)染色質(zhì)的類型（異染色質(zhì)或常染色質(zhì)）肩杈、區(qū)分基因組功能元件（啟動(dòng)子、增強(qiáng)子解寝、基因主體）以及檢測(cè)決定這些元件處于活性狀態(tài)或是抑制狀態(tài)扩然。例如H3K4me2和H3K4me3修飾大多數(shù)富集在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近的啟動(dòng)子上激活基因表達(dá)，而H3K27me2和H3K27me3與基因抑制相關(guān)聋伦。
因此可通過CHIP-seq分析組蛋白修飾的分布尋找基因的啟動(dòng)子區(qū)和增強(qiáng)子區(qū)域及其是激活或抑制基因表達(dá)夫偶。
H3K4me1可作為增強(qiáng)子的標(biāo)志，H3K4me3作為啟動(dòng)子標(biāo)志觉增。研究表明兵拢，H3K4me1和H3K4me3與基因激活相關(guān)，H3K4me3主要富集在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近的啟動(dòng)子區(qū)域逾礁，而大多數(shù)H3K4me1修飾富集在增強(qiáng)子區(qū)域说铃；H3K27ac與基因激活相關(guān)，主要富集在增強(qiáng)子和啟動(dòng)子區(qū)域嘹履，當(dāng)增強(qiáng)子區(qū)只有H3K4me1修飾富集時(shí)腻扇，該增強(qiáng)子處于平衡狀態(tài)，而當(dāng)增強(qiáng)子區(qū)域同時(shí)富集H3K4me1和H3K27ac修飾時(shí)砾嫉，該增強(qiáng)子就處于激活狀態(tài)促進(jìn)基因表達(dá)幼苛；H3K27的甲基化是可逆的過程，H3K27me1顯示出對(duì)轉(zhuǎn)錄具有正向影響,啟動(dòng)子區(qū)域的H3K27me3甲基化修飾時(shí)抑制基因的轉(zhuǎn)錄,而H3K27me2廣泛分布并且在沉默非細(xì)胞類型特異性增強(qiáng)子中起作用焰枢。
下表為常見的組蛋白修飾的主要分布及功能：
異染色質(zhì)是染色質(zhì)的濃縮蚓峦，轉(zhuǎn)錄無活性狀態(tài)，H3K9甲基化是異染色質(zhì)的標(biāo)志济锄。H3K27me1和H3K9me3存在于著絲粒異染色質(zhì)區(qū)域暑椰，而H3K27me3和H3K9me2共同存在于抑制的常染色質(zhì)區(qū)域中。H3K9ac也與H3K14ac和H3K4me3高度共存共同作為活性基因啟動(dòng)子的標(biāo)志荐绝。
三一汽、應(yīng)用案例
活性增強(qiáng)子鑒定 ：
Histone H3K27ac separatesactive from poised enhancers and predicts developmental state. Creyghton, M.P. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107,21931–21936 (2010)
圖注：A、使用ChIP-Seq鑒定的遠(yuǎn)端H3K4me1組蛋白標(biāo)記鑒定了鼠ES細(xì)胞中的細(xì)胞類型特異性增強(qiáng)子：基于H3K4me1富集和非H3K4me3富集的的熱圖選出25,036個(gè)推定增強(qiáng)子低滩。B召夹、缺乏H3K27ac富集的增強(qiáng)子近端基因與平均增強(qiáng)子近端基因相比表現(xiàn)出較低的表達(dá)水平，表明H3K27ac是區(qū)分活性和平衡增強(qiáng)子狀態(tài)的良好標(biāo)志恕沫。C监憎、選擇富含H3K27ac的增強(qiáng)子使用先前發(fā)表的小RNA-Seq數(shù)據(jù)集檢測(cè)這些短RNA表達(dá)與富含H3K27ac的增強(qiáng)子的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)這些短RNA確實(shí)從H3K27ac陽性增強(qiáng)子轉(zhuǎn)錄婶溯。這再次支持H3K27ac是活性增強(qiáng)子元素的確定性因子鲸阔。
