易基因：DNA与蛋白质互作及染色质开放性研究方案

摘要：DNA与蛋白质互作及染色质开放性研究是表观遗传学中的重要领域，影响基因表达调控和细胞功能。染色质开放性指的是染色质在全基因组范围内的开放程度。蛋白-DNA互作则涉及转录因子和其他DNA结合蛋白与基因组特定区域的结合，调控基因表达。研究DNA与蛋白质互作及染色质

01.技术简述

DNA与蛋白质互作及染色质开放性研究是表观遗传学中的重要领域，影响基因表达调控和细胞功能。染色质开放性指的是染色质在全基因组范围内的开放程度。蛋白-DNA互作则涉及转录因子和其他DNA结合蛋白与基因组特定区域的结合，调控基因表达。研究DNA与蛋白质互作及染色质开放性有助于揭示基因表达调控的分子机制，对理解细胞分化、发育以及疾病发生具有重要意义。

02.技术优势

03.易基因项目案例

案例1

ChIP-seq项目：HPV编码的环状RNA circE7促进头颈部鳞状细胞癌免疫逃逸

期刊：Nature Communications

影响因子：IF 14.7

样本：人肿瘤组织、小鼠

本研究通过整合23对头颈鳞癌（HNSCC）肿瘤样本及其邻近正常组织，以及105个HNSCC患者的石蜡包埋样本，结合细胞和动物实验、体内外实验，揭示circE7通过表观遗传机制下调LGALS9基因（编码Galectin-9蛋白），从而抑制T细胞功能和活性，进而促进HNSCC免疫逃逸。

图：HN30细胞中过表达circE7的ChIP-seq和ChIP-qPCR分析[1]

ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650660033&idx=1&sn=68b6b93688932027123f584b8c7be5e1&scene=21#wechat_redirect">原文解读：项目文章 | Nat Commun：中南大学曾朝阳/熊炜/龚朝建团队利用ChIP-seq等揭示头颈鳞癌免疫逃逸机制

案例2

ChIP-seq项目：蛋白质酰基化与c-di-GMP协同调控放线菌发育与抗生素合成机制

期刊：Nucleic Acids Research

影响因子：IF 16.6

样本：细菌

放线菌生长发育主要受c-di-GMP和广域调控因子BldD互作调控。对红霉素生产菌（S. erythraea）的研究结果表明外界环境氮胁迫引起积累的乙酰磷酸（AcP）与c-di-GMP协同调控BldD活性。AcP诱导的K11位点乙酰化显著抑制BldD形成二聚体并与靶DNA解离，干扰c-di-GMP的信号通路，从而调控发育变化和抗生素合成。

图：S.erythraea中BldD靶基因ChIP-seq分析[2]

ChIP-seq分析在红霉素产生菌中c-di-AMP升高对DasR依赖的全基因组影响（课题组2024 NC研究新成果）[3]

ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650653860&idx=1&sn=a54c4d1ba554269db40497081f2440c9&scene=21#wechat_redirect">原文解读：项目文章 | NAR：ChIP-seq等揭示蛋白质酰基化与c-di-GMP协同调控放线菌发育与抗生素合成机制

案例3

ChIP-seq项目：人畜共患寄生虫弓形虫的蛋白质乳酸化和代谢调控

期刊：Genomics, Proteomics & Bioinformatics

影响因子：IF 9.5

样本：弓形虫

本研究绘制了速殖子增殖细胞的乳酸化组图谱，并在弓形虫RH株系中955种蛋白质上鉴定出1964个乳酸化位点。使用特异性乳酸化抗体进行ChIP-seq分析，分析结果表明组蛋白H4K12la和H3K14la在基于微管运动和细胞侵袭相关的弓形虫启动子和外显子区域富集。

图：组蛋白乳酸化位点（H4K12la和H3K14la）的ChIP-seq分析圈图 [4]

ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650655774&idx=1&sn=323c393d099fa0f983e33835cd0154ff&scene=21#wechat_redirect">原文解读：项目文章：ChIP-seq等揭示人畜共患寄生虫弓形虫的蛋白质乳酸化和代谢调控机制

案例4

ChIP-seq项目：烟粉虱共生菌Hamiltonella调控宿主生殖新机制

期刊：Cell Reports

影响因子：IF 7.5

样本：烟粉虱

H3K9me3的ChIP-seq分析表明共生菌缺失导致烟粉虱中的线粒体功能受抑制。Hamiltonella缺失影响了烟粉虱卵巢的线粒体质量，抑制卵巢线粒体功能导致烟粉虱性比异常。表明共生菌衍生的叶酸调控宿主组蛋白甲基化修饰，从而影响卵巢线粒体功能，最终决定宿主性比。

烟粉虱含菌细胞共生菌Hamiltonella通过调控卵巢线粒体功能决定后代性比

+HBt和-HBt烟粉虱H3K9me3 ChIP-seq的质控统计 [5]

ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650652861&idx=1&sn=8df4919dcd8a961a788e093ef03a6c9f&scene=21#wechat_redirect">原文解读：项目文章 | 组蛋白ChIP-seq揭示烟粉虱共生菌Hamiltonella调控宿主生殖新机制

案例5

ChIP-seq项目：HIV-1感染细胞转录抑制因子Schlafen 5的表观遗传调控机制

期刊：Nucleic Acids Research

影响因子：IF 16.6

样本：细胞

本研究作者鉴定出SLFN5的过表达抑制了HIV-1的复制并降低病毒mRNA水平，而内源性SLFN5缺失则促进HIV-1复制。ChIP-seq+ChIP-qPCR检测结果表明SLFN5通过与U5-R区域的两个序列结合，显著降低HIV-1长末端重复序列（LTR）的转录活性，从而抑制RNA PoL II向转录起始位点募集。

对转染SLFN5-Myc和NL4-3luc.RE-DNA的HEK293T细胞进行ChIP-seq和ChIP-qPCR [6]

ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650651175&idx=1&sn=38d3eda9bfa4f3376b5efb6ac9610114&scene=21#wechat_redirect">原文解读：项目文章 | ChIP-seq揭示HIV-1感染细胞转录抑制因子Schlafen 5的表观遗传调控机制

案例6

ATAC-seq项目：恒河猴大脑高分辨率解剖区域的转录组和开放染色质图谱

期刊：Nature Communications

影响因子：IF 14.7

样本：恒河猴脑组织

本研究通过对8个恒河猴大脑的52个区域的416个脑样本的转录组进行了表征，鉴定出与特定大脑区域相关的基因模块。研究发现9703个新的基因间转录本，大多数新转录本仅在特定大脑区域或特定皮层区域表达。进一步ATAC-seq分析揭示了恒河猴大脑海马CA1和不同大脑皮层区域的开放染色质区域。

染色质可及性的差异分析 [7]

ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650660389&idx=1&sn=316b3d1ef7336867b20ab76c64f89e85&scene=21#wechat_redirect">原文解读：Nat Commun：ATAC-seq等揭示恒河猴大脑高分辨率解剖区域的转录组和开放染色质图谱

案例7

ATAC-seq+ChIP-seq项目：H3K27me3去甲基化酶在体细胞重编程调控转录机制

期刊：Nature Communications

影响因子：14.7

样本：小鼠细胞

本研究通过ChIP-seq和ATAC-seq等组学测序分析，表明在机制上，JMJD3被KLF4特异性地招募至上皮和多能性基因位点，并辅助KLF4激活这些基因。进一步，作者在多种其他KLF4介导的细胞命运转变中验证了JMJD3的这一作用模式。

重编程过程中JMJD3与KLF4的协同作用 [8]

ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTY3NDIxMw==&mid=2650649395&idx=1&sn=96362dcd23c7e70bc14bd4bfa66fb00d&scene=21#wechat_redirect">原文解读：项目文章｜ChIP-seq揭示H3K27me3去甲基化酶在体细胞重编程调控转录机制

04.易基因项目经验

05.参考文献

① Ge, J., et al. Human papillomavirus-encoded circular RNA circE7 promotes immune evasion in head and neck squamous cell carcinoma. Nat Commun 15, 8609 (2024). .

② Fu Y, …, You D. A meet-up of acetyl phosphate and c-di-GMP modulates BldD activity for development and antibiotic production. Nucleic Acids Res. 2023 Jun 7.

③ You D,et al. Allosteric regulation by c-di-AMP modulates a complete N-acetylglucosamine signaling cascade in Saccharopolyspora erythraea. Nat Commun. 2024 May 7;15(1):3825.

④ Yin D, et al. Protein Lactylation and Metabolic Regulation of the Zoonotic Parasite Toxoplasma gondii. Genomics Proteomics Bioinformatics. 2022 Oct 7.

⑤ Yao YL, et al. A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function. Cell Rep. 2023 Feb 10;42(2):112102.

⑥Jiwei Ding, et al. Schlafen 5 suppresses human immunodeficiency virus type 1 transcription by commandeering cellular epigenetic machinery, Nucleic Acids Research, Volume 50, Issue 11, 24 June 2022, Pages 6137–6153

⑦ Yin S, …, Yu Y. Transcriptomic and open chromatin atlas of high-resolution anatomical regions in the rhesus macaque brain. Nat Commun. 2020 Jan 24;11(1):474. pii: 10.1038/s41467-020-14368-z. doi: 10.1038/s41467-020-14368-z.

⑧ Huang Y, et al. JMJD3 acts in tandem with KLF4 to facilitate reprogramming to pluripotency. Nat Commun. 2020 Oct 8;11(1):5061. pii: 10.1038/s41467-020-18900-z.

关于易基因染色质免疫共沉淀测序(ChIP-seq)

染色质免疫共沉淀（Chromatin Immunoprecipitation,ChIP），是研究体内蛋白质与DNA相互作用的经典方法。将ChIP与高通量测序技术相结合的ChIP-Seq技术，可在全基因组范围对特定蛋白的DNA结合位点进行高效而准确的筛选与鉴定，为研究的深入开展打下基础。

DNA与蛋白质的相互作用与基因的转录、染色质的空间构型和构象密切相关。运用组蛋白特定修饰的特异性抗体或DNA结合蛋白或转录因子特异性抗体富集与其结合的DNA片段，并进行纯化和文库构建，然后进行高通量测序，通过将获得的数据与参考基因组精确比对，研究人员可获得全基因组范围内某种修饰类型的特定组蛋白或转录因子与基因组DNA序列之间的关系，也可对多个样品进行差异比较。

应用方向：

ChIP 用来在空间上和时间上不同蛋白沿基因或基因组定位

转录因子和辅因子结合作用复制因子和 DNA 修复蛋白组蛋白修饰和变异组蛋白

技术优势：

物种范围广：细胞、动物组织、植物组织、细菌微生物多物种富集经验；微量建库：只需5ng以上免疫沉淀后的DNA，即可展开测序分析；方案灵活：根据不同的项目需求，选择不同的组蛋白修饰特异性抗体。

技术路线：

易基因染色质可及性-转座酶易接近染色质测序（ATAC-seq）

ATAC-seq（Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing）是通过使用高通量测序对转座酶可接近性核染色质区域进行分析的一种创新表观遗传学研究技术。该技术通过转座酶对某种特定时空下开放的核染色质区域进行切割，进而获得在该特定时空下基因组中所有活跃转录的调控序列。

真核生物的DNA并不是裸露的，而是被包装成核小体形成串珠状结构并进一步被折叠、包装。而基因的转录，需要将这种高级结构解开，使DNA成为可以使各种转录机器与其结合的裸露状态，即形成开放染色质区域。如何鉴定开放染色质区域呢？传统的方法主要是借助和DNase-Seq、MNase-Seq及ChIP-seq。但这些方法需要的起始细胞量较大，对于少量样本和珍稀样本可行性不高。ATAC-Seq是一种新型的研究开放染色质的技术，利用Tn5转座酶进入并切割裸露的DNA，并同时连接上特异性的测序接头。因为切割和加接头一步完成，因此该技术可大大降低所需细胞起始量。

技术优势：

（1）所需细胞起始量低。

（2）应用范围广，适用于大部分物种及细胞类型。

实验策略：

信息分析：