轉錄因子及表觀遺傳因素調控關系分析及模型構建.pdf

1、轉錄因子與DNA序列相結合在轉錄水平調控基因的表達。在真核細胞中，轉錄因子的結合過程是高度依賴于局部染色質結構的。真核細胞中染色質的基本結構單位是核小體，核小體及其組蛋白修飾等表觀遺傳因素和轉錄因子共同構成了真核基因轉錄調控的基礎。轉錄因子結合位點周圍存在特定的核小體占據(jù)和組蛋白修飾的分布模式，因此，我們搜集各種轉錄因子以及核小體的相關數(shù)據(jù)以系統(tǒng)研究轉錄因子結合位點周圍核小體占據(jù)以及組蛋白修飾的普遍性特征，并探討細胞特異性的轉錄因子結合

2、位點預測的模型，在特定細胞中建立轉錄因子結合位點預測的方法。另外，轉錄因子結合位點處的染色質結構可能與結合位點相對于基因的位置、轉錄因子的功能以及轉錄因子的結合方式有關，分析其中的關聯(lián)將有助于我們理解轉錄因子與表觀遺傳因素之間的協(xié)同調控機制。
　　我們系統(tǒng)研究了轉錄因子的結合與核小體占據(jù)的關系，發(fā)現(xiàn)轉錄因子結合位點的兩側存在豐富的核小體占據(jù)模式，并且這些不同的核小體占據(jù)模式與基因的表達水平有關。大部分轉錄因子結合位點只在一側有較好

3、的核小體定位，說明轉錄因子結合位點周圍核小體的非對稱分布是更加普遍的特征;大約四分之一的結合位點在兩側有較好的核小體定位，這些結合位點主要位于遠離核心啟動子的區(qū)域，距離轉錄起始位點較近的結合位點周圍的核小體占據(jù)模式由于受到RNA聚合酶等因素的影響而呈現(xiàn)出模糊的核小體定位;還有小部分結合位點被核小體占據(jù)，說明在這些位置轉錄因子是結合到核小體DNA的。進一步研究轉錄因子結合位點所調控的目標基因發(fā)現(xiàn)結合位點周圍不同的核小體占據(jù)模式與基因的表達

4、水平有關。激活因子和抑制因子是與基因表達密切相關的兩類轉錄因子。與激活因子相比，細胞內抑制因子結合位點周圍的核小體定位更好，這可能是因為抑制因子的結合序列更傾向于形成核小體，在細胞內抑制因子的結合更加依賴于核小體的動態(tài)變化的緣故。深入分析激活因子和抑制因子所調控的目標基因，發(fā)現(xiàn)兩側核小體定位較好的抑制因子結合位點以及被核小體占據(jù)的激活因子結合位點所調控的目標基因的表達水平明顯較低。這些結果將轉錄因子結合位點周圍的核小體占據(jù)模式與基因的表

5、達水平聯(lián)系起來。
　　轉錄因子結合位點周圍不僅存在特定的核小體占據(jù)模式，我們的研究結果還表明在轉錄因子結合位點周圍存在特定的組蛋白標記信號。我們將組蛋白變體和組蛋白修飾統(tǒng)稱為組蛋白標記。H2A.Z、H3 K4me1、H3K4me2、H3K4me3、H3K9ac和H3K27ac在轉錄因子結合位點兩側600 bp的范圍內呈現(xiàn)雙峰分布，并且具有強的兩兩相關性，說明這六種組蛋白標記主要位于轉錄因子結合位點兩側的兩個核小體上。H3K4me1

6、與增強子區(qū)域有關，因此，H3K4me1的雙峰分布主要局限在遠離核心啟動子的區(qū)域。H3K79me2在轉錄因子結合位點一側呈現(xiàn)單峰分布，并且信號最大值處距離轉錄因子結合位點～720 bp。H4K20me1、H3K27me3、H3K36me3和H3K9me3信號則比較發(fā)散，在轉錄因子結合位點處富集程度較低，但在富集位點處呈單峰分布，并且峰區(qū)域覆蓋結合位點，暗示有些轉錄因子是結合到核小體DNA上的。激活因子和抑制因子結合位點周圍核小體的占據(jù)模式

7、差異較大，但除H3K36me3和H3K9me3之外的組蛋白標記在這兩類結合位點周圍卻有類似的分布模式。H3K36me3和H3K9me3兩種組蛋白標記在抑制因子結合位點的一側信號較強，說明部分抑制因子可能在結合位點的一側建立異染色質以抑制目標基因的轉錄。
　　轉錄因子結合位點處的染色質結構不僅與結合位點相對于基因的位置以及轉錄因子的功能有關，而且還與轉錄因子的結合方式有關。我們定義了轉錄因子的三種結合方式:典型結合方式、共結合方式和

8、攬系結合方式，其中，攬系結合方式表示轉錄因子通過其他轉錄因子間接與DNA序列結合，而典型結合方式和共結合方式則基于轉錄因子與DNA序列的直接結合。典型結合位點和共結合位點周圍存在類似的核小體占據(jù)和組蛋白標記水平，但攬系結合位點周圍核小體的占據(jù)水平相對較低，H2A.Z、H3K4me1、H3K4me2、H3K4me3、H3K9ac、H3K27ac和H3K79me2組蛋白標記的水平相對較高，并且攬系結合位點更可能位于DNaseⅠ高敏感區(qū)域內。

9、這些證據(jù)說明攬系結合位點周圍的染色質結構更加開放，這可能與轉錄因子的遠程相互作用有關。
　　根據(jù)轉錄因子與表觀遺傳因素調控關系的分析結果，最后我們整合組蛋白標記數(shù)據(jù)構建細胞特異性的轉錄因子結合位點預測模型。通過聚類或提取關鍵組蛋白標記的方式來處理組蛋白標記數(shù)據(jù)，并結合DNaseⅠ酶切數(shù)據(jù)在CD4+T細胞中預測轉錄因子結合位點可以提高預測的召回率，但預測準確率卻不同程度地降低。為了保證預測模型同時具有較高的準確率和召回率，我們進一步