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武汉爱基百客生物科技有限公司(简称爱基百客),位于武汉高农生物园,办公面积逾3000m2,是一家专业提供单细胞与空间组学测序分析、表观组学科研服务和高通量测序分析的新型生物科技服务企业。

公司旨在为客户提供最专业的科研服务,运营至今合作的科研客户近千家,涵盖国内知名科研院所、高校以及相关生物企业,运营至今销售额超1亿元,科研成果曾多次在Cancer Cell、Plant Cell、Nature Communications、J HEMATOL ONCOL等国际高水平学术期刊发表,受到了客户广泛好评,是国内成长最迅速的高通量测序科研服务企业之一。

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表观遗传研究之组蛋白修饰的研究思路

自20世纪60年代初以来,人们对组蛋白翻译后修饰(PTMs)以及它们如何在分子水平上影响DNA的过程进行了很多研究。在过去的十年里,这种研究因新类型的组蛋白PTM的鉴定、新的全基因组图谱方法的出现而得到加强。现在,随着各种生物基因组的数据越发完善,PTMs在重要过程(如转录、重组、复制、DNA修复和基因组结构的调控)中的功能作用正在慢慢显现。不同类型的PTMs单独或组合地表征或塑造功能性染色质状态,由特定的蛋白选择性地识别这些修饰以促进或抑制基因的表达。近年来关于组蛋白修饰的高水平文章不断涌现,本期我们和大家分享几篇组蛋白修饰的高分文献,为大家提供一些科研思路。

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组蛋白修饰类型及位点

Millán-Zambrano, G., et al. Nat Rev Genet.2022


文章一:通过多组学联合分析的方法鉴定在肾癌细胞中调控的关键转录因子

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  • 文章题目:Epigenomic charting and functional annotation of risk loci in renal cell carcinoma

  • 发表期刊:Nature communications

  • 影响因子:17.694

  • 发表时间:2023.1.4

  • 研究方法:ChIP-seq、ATAC-Seq、RNA-seq、SNP arrays

  • 文章摘要


虽然肾细胞癌的突变和转录图谱已经被研究,但对其表观基因组却知之甚少。该文构建了肾细胞癌(ccRCC)、透明细胞肾细胞癌(pRCC)和肾嫌色细胞癌(chRCC)的表观基因组。利用ChIP-seq、ATAC-Seq、RNA-seq和SNP微阵列技术,整合了来自42名患者的153个数据,以及来自肾细胞癌50个组织特异的转录因子数据,包括ccRCC的EPAS1和ETS-1,pRCC的HNF1B和chRCC的FOXI1,鉴定了多个和致病相关的重要的转录因子。作者通过免疫组化鉴定到了组织学特异性的MTFs(master transcription factors),包括ccRCC特异性的TF,BHL1和ETS-1;ccRCC特异性TF,BHLHE41;在786-O型ccRCC中,在FOXI1高表达并敲除EPAS1的786-O ccRCC细胞系中诱导chRCC特异性基因的转录上调如TFCP2L1、ATP6V0D2、KIT和INSRR的转录上调,证明FOXI1是chRCC主要的转录因子。通过联合RCC GWAS、H3K27ac ChIP-seq和ATAC-seq的多组学数据分析显示,风险变异体在等位基因不平衡峰中显著富集。肾细胞癌表观基因组的研究不仅鉴定出了多个主要转录因子,同时解析了H3K27ac在肾癌中的调控作用。该研究提供了大量的多组学数据为未来的肾细胞癌研究提供了资源及研究思路。



文章二:H3K9-bhb调控小鼠大脑基因表达

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  • 文章题目:Brain histone beta‑hydroxybutyrylation couples metabolism with gene expression

  • 发表期刊:Cellular and Molecular Life Sciences

  • 影响因子:9.207

  • 发表时间:2023.1.6

  • 研究方法:ChIP-seq, RNA-seq、Western blot

  • 文章摘要


营养对整个身体生理和健康起到关键作用,营养物质通过调节新陈代谢影响组织功能,从而导致细胞生化/分子过程的适应性变化,最终实现组织的平衡。值得注意的是,越来越多的证据表明,代谢状态也可以影响神经元功能和新陈代谢,影响大脑生理,最终影响认知过程、情绪和行为。

尽管大脑对酮体的需求很高,在分子水平上人们对代谢刺激对脑组织的影响知之甚少。酮体β-羟基丁酸盐(BHB)是一种调节基因转录的信号分子,为了探究酮体对脑组织的影响,作者评估了生酮代谢的小鼠大脑皮层(48小时禁食)中赖氨酸β-羟基丁酸化 (K-bhb)的蛋白水平。作者发现,禁食增强了包括组蛋白H3在内的多种蛋白质的K-bhb,ChIP-seq实验显示H3K9-bhb修饰在8000多个DNA位点上明显富集。转录组分析显示,增强子和启动子上的H3K9-bhb修饰与活跃的基因表达相关。值得注意的是转录组和ChIP-seq数据中受到明显调控的通路是"昼夜节律"。作者发现,一些基因的昼夜节律受到禁食的影响,在大脑皮层和视丘上皮层的不同时间段都被调节。综上所述,禁食对大脑皮层的基因转录和表观修饰有明显的影响。该研究解析了BHB作为一种强大的表观遗传分子在大脑中通过直接和特定的组蛋白修饰,调控神经组织细胞的染色质重塑。


文章三:DcATX1 H3K4甲基转移酶促进乙烯诱导的康乃馨花瓣衰老


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  • 文章题目:Histone H3K4 methyltransferase DcATX1 promotes ethylene induced petal senescence in carnation

  • 发表期刊:Plant Physiology

  • 影响因子:8.005

  • 发表时间:2023.1.10

  • 研究方法:RNA-seq、ChIP-seq、ChIP-qPCR

  • 文章摘要

花瓣衰老是由一个复杂的调控网络控制的,表观遗传调控会影响染色质状态和基因表达。然而,组蛋白甲基化参与调控花瓣衰老的机制仍然很不清楚。文中探究了乙烯诱导的花瓣衰老过程中表观遗传对衰老的影响。花瓣衰老过程中会诱导组蛋白H3K4me3修饰水平增加,进一步分析发现H3K4me3修饰水平与DcWRKY75、1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶(DcACS1)、ACC氧化酶 (DcACO1)以及衰老相关基因DcSAG12DcSAG29呈正相关。

此外,文中关注到与拟南芥ARABIDOPSIS HOMOLOG OF TRITHORAX1的同源基因DcATX1,在拟南芥中ATX1编码一个组蛋白赖氨酸甲基转移酶,可以对H3K4进行甲基化修饰。联系到之前的研究花瓣衰老过程中会诱导组蛋白H3K4me3修饰水平增加,作者对康乃馨中DcATX1进行了功能验证。与之前的研究一致,敲除DcATX1可延缓乙烯诱导的康乃馨花瓣衰老,下调DcWRKY75DcACO1DcSAG12的表达;而DcATX1高表达则显示出相反的表型。进一步研究发现DcATX1通过诱导DcWRKY75DcACO1DcSAG12的启动子内的H3K4me3水平来促进它们的转录。

总之,作者的结果解析了DcATX1在康乃馨乙烯诱导衰老的机理,DcATX1通过诱导DcWRKY75DcACO1DcSAG12和相关基因的H3K4me3水平促进其下游目标基因的表达,从而加速乙烯诱导的康乃馨花瓣衰老。这项研究进一步表明,表观遗传调控对植物的衰老过程非常重要。



文章四:利用多组学研究构建了玉米多维网络图谱

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  • 文章题目:A multi-omics integrative network map of maize

  • 发表期刊:Nature genetics

  • 影响因子:41.307

  • 发表时间:2022.11.3

  • 研究方法:RNA-seq、ChIP-seq、circRNA-Seq、Ribo-Seq、ChIA-PET

  • 文章摘要


基因网络的构建是揭示基因在系统范围内功能的有力工具,为挖掘表型变异提供信息。文章中作者对自交系B73全生育期多个组织的不同时期样品进行多维组学的测定,其中包含表观基因组、转录组、翻译组和蛋白质组网络,证明了重复基因的广泛网络分化。应用该图谱预测了2,651个候选的开花基因,划分为8个子网络途径。在鉴定出来的8个和开花相关子网络中,挖掘出近100个关键候选基因。挑选了20个基因进行功能验证,该基因中包括18个未知的与开花时间有关的基因。此外,作者发现了一条新的涉及组蛋白乙酰化转移酶调控的开花途径。综上所述,该研究构建了玉米中多组学结合基因网络,阐明了分子网络如何连接不同类型的基因和潜在途径,为各个物种基因网络研究提供了思路。


文章五:H3K4组蛋白甲基转移酶PeSet1调控青霉菌的定殖、棒曲霉素生物合成和应激反应 


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  • 文章题目:Histone H3K4 Methyltransferase PeSet1 Regulates Colonization, Patulin Biosynthesis, and Stress Responses of Penicillium expansum

  • 发表期刊:Microbiology Spectrum

  • 影响因子:9.043

  • 发表时间:2023.1.12

  • 研究方法:RNA-seq、ChIP-seq、Western blot

  • 文章摘要

在全球范围内,由青霉菌引起的水果蓝霉病和棒曲霉素污染造成了巨大的经济损失和食品安全问题。先前的研究已经证明许多基因参与了青霉菌的致病性和致毒性的过程。组蛋白H3K4甲基化被认为与染色质调控和基因转录有关。然而,目前还不清楚H3K4甲基化修饰是否影响青霉菌的侵染和棒曲霉素合成。Set1/MLL甲基转移酶家族参与到H3K4甲基化修饰过程中,通过其保守的SET结构域催化H3K4的单甲基化、双甲基化或三甲基化。该文中,作者筛选出青霉菌中Set1/MLL甲基转移酶家族中的成员PeSet1,该基因参与组蛋白H3K4me1/me2/me3修饰,敲除该基因后会影响菌丝生长、分生孢子、定植、棒曲霉素的合成以及应激反应。分子机理研究发现,PeSet1通过激活合成棒曲霉素的相关基因表达促进棒曲霉素的生成,同样PeSet1也正调控b-1,3-葡聚糖生物合成中的关键基因,b-1,3-葡聚糖是活性氧清除过程中的关键基因,分别调节细胞壁的完整性和氧化应激反应。总的来说,作者第一次证明了Set1在棒曲霉素生物合成中的功能以及Set1在定殖和应激反应的关键作用。

综上是最近有关组蛋白修饰发表的文章,涉及到疾病、植物生长发育及真菌致病性等研究。目前大多数组蛋白修饰的文章都涉及到多组学的研究,目的是通过多组学联合分析解析基因组中复杂的调控网络,或专注于单个组蛋白修饰对生物发育过程产生的影响进行机理解析,感兴趣的老师可以进行更深入的了解。

目前,解析 组蛋白修饰的ChIP-seq和CUT&Tag产品的大促活动 快要截止,感兴趣的老师不要错过优惠啦~

  • 参考文献

1. Cornuti S, Chen S, Lupori L, et al. Brain histone beta-hydroxybutyrylation couples metabolism with gene expression.Cell Mol Life Sci. 2023;80(1):28. Published 2023 Jan 6.

2. Feng S, Jiang X, Wang R, et al. Histone H3K4 methyltransferase DcATX1 promotes ethylene induced petal senescence in carnation [published online ahead of print, 2023 Jan 10. Plant Physiol. 2023;kiad008.

3. Han L, Zhong W, Qian J, et al. A multi-omics integrative network map of maize. Nat Genet. 2023;55(1):144-153.

4. Nassar AH, Abou Alaiwi S, Baca SC, et al. Epigenomic charting and functional annotation of risk loci in renal cell carcinoma.Nat Commun. 2023;14(1):346. Published 2023 Jan 21.

5. Xu H, Wu M, Ma X, Huang W, Xu Y. Function and Mechanism of Novel Histone Posttranslational Modifications in Health and Disease. Biomed Res Int. 2021;2021:6635225.

6. Xu X, Chen Y, Li B, Tian S. Histone H3K4 Methyltransferase PeSet1 Regulates Colonization, Patulin Biosynthesis, and Stress Responses of Penicillium expansum. Microbiol Spectr. 2023;11(1):e0354522.



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