ChIP-seq

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經典案例

ChIP-seq研究增強子圖譜助力髓母細胞瘤分型

Active medulloblastoma enhancers reveal subgroup-specific cellular origins

期刊:Nature
影響因子:41.456
發表單位:Medical Oncology, Dana Farber Cancer Institute
發表年份:2016年2月

一、研究背景

髓母細胞瘤(medulloblastoma)是一種兒童后顱窩惡性膠質瘤,主要發生于14歲以下的兒童。腫瘤的發展可能與癌基因上游的啟動子、增強子以及轉錄因子的表觀調控引起基因的異常表達相關。H3K4me3和H3K27ac在活躍的增強子區顯著富集。增強子可通過cis作用調控轉錄因子和染色質形成調控復合物,同時能傳遞信號給RNA聚合酶,從而調控靶基因的表達。在人類胚胎干細胞(hESCs)中,H3K4me1、H3K27ac和p300標記的染色質位點是可驅動基因表達的活性增強子。

二、方法流程

取材

四個亞型的髓母細胞瘤樣本28個
WNT, n=3
SHH, n= 5
Group 3, n=9
Group 4, n= 11

建庫

提取總DNA,以BRD4, H3K27ac, H3K27me3, LMX1A, HLX, LHX2和H3K4me1等蛋白為靶標進行ChIP,構建ChIP-seq文庫。

測序

Illumina Hiseq,PE150

分析

增強子圖譜、轉錄組、增強子靶基因預測、靶基因功能富集、功能驗證。

三、研究結果

1. 增強子圖譜

對28個腫瘤樣本中H3K27ac與BRD4的ChIP-seq信號進行相關性分析,結合數據庫鑒定增強子區域;結合鏈特異性轉錄組測序數據,對不同亞型腫瘤樣本中的增強子進行差異分析(ANOVA),鑒定到20,406 個差異的活性增強子,對其進行K-means聚類可將增強子分為六類(下圖 左),其中Group 3 和Group 4增強子類型較為接近。

2. 增強子靶基因預測

鑒定增強子所屬的TAD(topology-associated domain),篩選轉錄起始位點落在同一個TAD里的基因。并將H3K27ac的增強子富集結果與同一個TAD中的基因表達水平進行相關性分析,相關性最好的基因認為是H3K27ac富集的增強子的靶基因。

3. 基因功能分析

利用GO (Biological Process), KEGG和REACTOME對腫瘤亞型特異性的增強子靶基因、超級增強子相關的轉錄因子進行生物學過程和通路分析。下圖便是髓母細胞瘤超級增強子相關的轉錄因子通路網絡(下圖 右)。

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四、研究結論

本文對髓母細胞瘤進行了大規模表觀遺傳學研究,而且研究對象是一批原發患者腫瘤樣本,不是之前研究中所用的實驗室培養細胞系。表明細胞系樣本與腫瘤樣本之間存在表觀遺傳調控差異,而且髓母細胞瘤不同亞型的表觀遺傳機制也存在不同,為闡明疾病發生機制,以及開發個體化治療提供新的基礎和思路。

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