ChIP-seq

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经典案例

ChIP-seq研究增强子图谱助力髓母细胞瘤分型

Active medulloblastoma enhancers reveal subgroup-specific cellular origins

期刊:Nature
影响因子:41.456
发表单位:Medical Oncology, Dana Farber Cancer Institute
发表年份:2016年2月

一、研究背景

髓母细胞瘤(medulloblastoma)是一种儿童后颅窝恶性胶质瘤,主要发生于14岁以下的儿童。肿瘤的发展可能与癌基因上游的启动子、增强子以及转录因子的表观调控引起基因的异常表达相关。H3K4me3和H3K27ac在活跃的增强子区显著富集。增强子可通过cis作用调控转录因子和染色质形成调控复合物,同时能传递信号给RNA聚合酶,从而调控靶基因的表达。在人类胚胎干细胞(hESCs)中,H3K4me1、H3K27ac和p300标记的染色质位点是可驱动基因表达的活性增强子。

二、方法流程

取材

四个亚型的髓母细胞瘤样本28个
WNT, n=3
SHH, n= 5
Group 3, n=9
Group 4, n= 11

建库

提取总DNA,以BRD4, H3K27ac, H3K27me3, LMX1A, HLX, LHX2和H3K4me1等蛋白为靶标进行ChIP,构建ChIP-seq文库。

测序

Illumina HiSeq 2000 PE51

分析

增强子图谱、转录组、增强子靶基因预测、靶基因功能富集、功能验证。

三、研究结果

1. 增强子图谱

对28个肿瘤样本中H3K27ac与BRD4的ChIP-seq信号进行相关性分析,结合数据库鉴定增强子区域;结合链特异性转录组测序数据,对不同亚型肿瘤样本中的增强子进行差异分析(ANOVA),鉴定到20,406 个差异的活性增强子,对其进行K-means聚类可将增强子分为六类(下图 左),其中Group 3 和Group 4增强子类型较为接近。

2. 增强子靶基因预测

鉴定增强子所属的TAD(topology-associated domain),筛选转录起始位点落在同一个TAD里的基因。并将H3K27ac的增强子富集结果与同一个TAD中的基因表达水平进行相关性分析,相关性最好的基因认为是H3K27ac富集的增强子的靶基因。

3. 基因功能分析

利用GO (Biological Process), KEGG和REACTOME对肿瘤亚型特异性的增强子靶基因、超级增强子相关的转录因子进行生物学过程和通路分析。下图便是髓母细胞瘤超级增强子相关的转录因子通路网络(下图 右)。

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四、研究结论

本文对髓母细胞瘤进行了大规模表观遗传学研究,而且研究对象是一批原发患者肿瘤样本,不是之前研究中所用的实验室培养细胞系。表明细胞系样本与肿瘤样本之间存在表观遗传调控差异,而且髓母细胞瘤不同亚型的表观遗传机制也存在不同,为阐明疾病发生机制,以及开发个体化治疗提供新的基础和思路。

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