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用肿瘤组织做ChIP-seq、ATAC-seq + RNA-seq + DNA羟甲基化

已有 10026 次阅读 2017-12-15 12:55 |个人分类:ATAC-seq|系统分类:科普集锦| Chip-seqATAC-seq范文

 

本文转载自嘉因微信公众号,已获得授权。查看最新文章,敬请关注嘉因,微信ID:rainbow-genome

作者:小丫  来源:嘉因

DNA羟甲基化、ChIP-seq、ATAC-seq跟临床有什么关系?


用H3K4me1标出的enhancer、用ATAC-seq标出的染色质开放区域跟癌症有什么关系?


 “ 如何整合公共数据,多角度,深度解析,丰富我的RNA-seq结果?



以本月Genome Research封面故事为例,回答这4个问题。


Introduction
总结前人的研究:5-hmC的丢失看起来是cancer-specific “epigenotype”。从前的研究是从全局研究DNA修饰的改变,这可能会漏掉影响转录的特殊区域。
胰腺癌细胞很可能保留了特定位置化学修饰重新分布(5mC变成5hmC)的能力,进而生长存活。本文打算深入分析胰腺癌5-hmC和转录组变化的关系。




自产数据:11个RNA-seq,2个ATAC-seq,以及2个hmc ChIP-seq,即hmC-seal:



拿来主义
:ENCODE已经产生了胰腺癌的组蛋白修饰数据,不用自己做。




手里有了这些数据,怎样讲故事?

详细看Result



Fig. 1


胰腺癌中5-hmC的广泛改变


用hmC-seal技术追踪了低传代次数的胰腺癌细胞、患者的异种移植瘤、以及健康胰腺对照中5-hmC的富集模式。发现胰腺癌和移植瘤的羟甲基化分布发生改变。鉴定出差异5-hmC区域differential 5-hmC regions(DHMRs)

Fig. 2



5-hmC改变的区域发生在调控区


先看5-hmC改变的区域的特征,发现多出现在转录因子结合位点TFBS。再拿来ENCODE的胰腺癌组蛋白修饰数据,证实了差异5-hmC区域更倾向于分布在基因组上的调控区域,尤其是H3K4me1所标记出的增强子enhancer区域。


例如BRD4等oncogene的调控区域(H3K4me1峰)在胰腺癌中获得了5-hmC,健康对照和PDXs没有5-hmC峰。


先看整体分布

细看一个例子


Fig. 3-4



5-hmC分布在开放染色质区域


接下来,想看单碱基分辨率的5-hmC和5-mC跟染色质结构的关系。因此,在胰腺癌和对照细胞中做了ATAC-seq。


从RNA-seq数据看到活跃转录的基因,在ATAC-seq数据里的确能看到染色质是开放的。跟5-mC相比,5-hmC有更多的ATAC-seq峰。活跃转录基因的启动子区域有更多的5-hmC,说明5-hmC跟基因表达正相关。



Fig. 5



胰腺癌关键oncogenic pathway基因的差异表达跟5-hmC的改变相关


前面的结果表明5-hmC跟基因表达显著相关,接下来想看5-hmC改变的区域到底是参与哪些通路的基因。于是,做了前面提到的那11个RNA-seq,包括9个低传代次数的胰腺癌细胞系、2个对照。


获得5-hmC的基因与基因高表达显著相关。motif分析发现,5-hmC改变的位点富集了STAT3结合位点。

Fig. 6



胰腺癌BRD4和TET3高表达

BRD4高表达与enhancer获得5-hmC相关


BRD4是很多癌症(包括胰腺癌)的oncogenic转录因子。in vivo,用shRNA敲降TET3,会降低BRD4的表达。in vitro,胞嘧啶甲基化降低基因表达,5-hmC提高BRD4的表达。说明5-hmC的改变与BRD4的高表达直接相关。

Fig. 7



BRD4是胰腺癌的候选治疗靶点


用BRD4的抑制剂JQ1能抑制胰腺癌吗?细胞系和移植瘤实验都证明,抑制BRD4表达能够在体外和体内抑制胰腺癌生长。


JQ1能够竞争性的结合BET家族bromodomains的乙酰赖氨酸识别位点,BRD4的地盘。已经做过早期临床试验(2013),有望成为胰腺癌治疗靶点。


这项研究第一次绘制了胰腺癌羟甲基化图谱,确认了5hmC与基因表达的关系,鉴定出与5-hmC改变相重叠的关键染色质标记。证实了BRD4获得5-hmC对其表达和肿瘤表型的影响。






今年5月,Anirban Maitra介绍MD Anderson胰腺癌登月项目的视频:




终结胰腺癌,任重而道远。今年2月在UCLA举办的13th Annual Symposium on Pancreatic Cancer会上,Dr. Anirban Maitra做的报告视频:


Why is Pancreatic Cancer so Hard to Treat & What Can We Do About It?



Genome Research文章编译:小丫

图片来源:Genome Research

视频来源:YouTube






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