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干货盘点!与表观同行,解锁国自然热点的研究思路8月23日,国自然放榜,从目前的公开信息看,基于表观的的基金项目占了近半壁江山。今年,RNA甲基化、DNA甲基化、组蛋白修饰、乳酸化修饰、超级增强子、染色质重塑以及转录调控等研究方向,依旧是科研资助的热点领域。这些前沿课题不仅体现了科研界的关注焦点,也预示着未来生物医学研究的发展趋势。 国自然医学方向中标项目数(部分) 本期文章就来介绍一下这些基于表观的国自然热点如何研究? 1. 什么是RNA甲基化? RNA甲基化是表观遗传学中的一个重要研究领域,它涉及RNA分子上的化学修饰,这些修饰能够在不改变DNA序列的情况下影响基因表达。在众多的RNA甲基化修饰类型中,3种热门类型最受瞩目,包括:m6A RNA甲基化、m5C RNA甲基化和m7G RNA甲基化,其中m6A RNA甲基化修饰最为丰富。RNA甲基化修饰失调导致RNA的功能紊乱,引发一系列机体的病理效应。目前已证实,RNA甲基化修饰与神经系统紊乱、代谢性疾病、病毒感染、肿瘤等疾病密切相关。 2. 如何研究RNA甲基化? 前期的我们单独写过针对m6A的推文《RNA甲基化修饰m6A简介及研究思路》,m5C RNA甲基化和m7G RNA甲基化的研究思路也是类似的,具体研究思路如下:3.RNA甲基化研究相关产品: 单基因m6A位点检测技术:可提供MeRIP-qPCR,SELECT; 机制研究:RNA-seq、RIP-seq/qPCR。 1. 什么是DNA甲基化? DNA甲基化是一种表观遗传修饰,通过在DNA分子上的胞嘧啶碱基添加甲基化团(-CH3),主要发生在CpG位点。这种修饰不改变DNA序列,但能调控基因的表达,通常与基因沉默相关。它在基因表达调控、基因组稳定性维护、胚胎发育、细胞分化以及X染色体失活等过程中起关键作用。异常的DNA甲基化与多种疾病的发生有关。 2. 如何研究DNA甲基化? 根据研究目的选择2组及以上差异样本,分别进行甲基化检测和基因表达量检测,可结合其他组学进行深入研究。 3. DNA甲基化研究相关产品: 整体水平检测:同RNA甲基化一样,可提供Dot-blot和LC-MS/MS; 基因组水平检测:可提供甲基化金标准测序技术WGBS-seq以及基于特异性抗体的测序技术MeDIP-seq; 单基因甲基化位点检测(主要针对m5C):可提供高通量BSP测序TBS-seq、基于飞行质谱法的MassArray以及基于抗体的单位点验证技术MeDIP-qPCR。 1. 概念: 组蛋白(Histone)是真核生物体细胞染色质中的一种碱性蛋白质,主要分成5类,分别称为H1、H2A、H2B、H3和H4。与普通蛋白不同,组蛋白具有高度保守的氨基酸序列和相似的结构,其富含精氨酸和赖氨酸的碱性氨基酸残基,可与酸性的DNA共同组成核小体结构。 组蛋白修饰是指在组蛋白的氨基酸残基上所进行一系列修饰,目前已发现的组蛋白修饰有10种以上,包括:组蛋白甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、乳酸化、瓜氨酸化、N-乙酰葡萄糖胺糖基化、巴豆酰化等等。这些组蛋白修饰会影响下游蛋白的表达及功能的发挥,细胞的状态,影响胚胎的发生和发育,是表观遗传信息的重要载体和生命活动的重要调控因子。 组蛋白修饰位点(部分) 2. 如何研究组蛋白修饰? 研究组蛋白修饰的方法包括:通过特定抗体进行的蛋白质免疫印迹(WB)、免疫组织化学(IHC)、免疫细胞化学(ICC)和ELISA技术,可以比较不同样本中的组蛋白翻译后修饰的整体水平;利用质谱测定组蛋白上的各种修饰类型;使用免疫共沉淀(CoIP)/pulldown实验来研究蛋白质与内源性组蛋白之间的相互作用,以及修饰依赖性的结合等;以及基于全基因组范围的研究方法ChIP-seq和CUT&Tag,用于在基因组水平上分析特定组蛋白修饰的分布。前期的推文我们也写过组蛋白修饰的研究思路,整体的研究思路可参考: 3. 相关产品: 组蛋白整体水平检测:蛋白质免疫印迹WB; 基因组水平上特定组蛋白修饰的分布:王牌产品ChIP-seq和新兴产品CUT&Tag。 乳酸化修饰是一种新型的蛋白质翻译后修饰,其中组蛋白乳酸化修饰因其与糖酵解的关系而成为研究的热点。这种修饰涉及将乳酸基团添加到组蛋白的赖氨酸残基上,可以影响基因的表达和细胞的功能。 组蛋白乳酸化修饰的研究发现,它在多种生理和病理过程中发挥作用,如肿瘤发生、炎症反应和细胞命运决定等。例如,肿瘤细胞中糖酵解过程的增强导致乳酸的积累,这种积累的乳酸可以作为前体物质导致组蛋白赖氨酸发生乳酸化修饰,进而参与调控相关基因的表达。 研究组蛋白乳酸化修饰的方法及思路跟组蛋白修饰一致,这里就不做过多赘述了。 1. 什么是超级增强子? 超级增强子(Super-enhancers, SEs)是一类特殊的增强子,它们在基因组中形成大簇,并且富含高密度的关键转录因子、辅因子和增强子表观修饰标记,如H3K27ac和H3K4me1等。这些高密度的修饰和因子赋予了超级增强子强大的转录激活能力,它们在细胞类型特异性基因表达调控中起着至关重要的作用。超级增强子的研究有助于揭示细胞身份、疾病发生(如癌症)以及发育过程中的基因调控机制。 超级增强子功能和激活示意图 2. 如何研究超级增强子? 超级增强子的鉴定,依据的是增强子转录活性标记分子结合水平强度的差异,这些分子包括辅因子 (如Mediator和cohesin)、组蛋白修饰标记 (如H3K27ac和H3K4me1)、染色质修饰分子 (如p300)等。在鉴定过程中,首先通过ChIP-Seq/CUT&Tag分析这些增强子转录活性标记分子在基因组上的富集情况,确定活性增强子位点。之后再对所有活性增强子进行分析,鉴定得到超级增强子。通过与转录组测序数据进行关联分析,可发现超级增强子所调控的靶基因。研究思路如下: 3. 相关产品: 超级增强子鉴定:ChIP-Seq/CUT&Tag(H3K27ac/H3K4me1/p300/BRD4等); 染色质开放区域:ATAC-seq; 基因表达差异:RNA-seq,lncRNA-seq,miRNA-seq,全转录组等。 染色质重塑作为近年来国自然热点之一,虽然不像细胞死亡或者免疫调控那么热门,但是染色质的动态调控对于生物遗传具有重要的意义,目前染色质重塑相关研究已在《cell》、《nature》等多个顶刊发表多篇文章,所以染色质重塑经过这几年的发展,未来一定会是一个持续的研究热点。 1. 什么是染色质重塑? 染色质重塑是指细胞通过改变染色质的结构来调节基因表达的过程。染色质是由DNA和组蛋白组成的复杂结构,它在细胞核中的紧密打包状态对基因的活性有着重要影响。染色质重塑可以通过多种机制实现,包括: 组蛋白修饰:如乙酰化、甲基化、磷酸化等,这些修饰可以改变组蛋白与DNA之间的相互作用,从而影响染色质的紧密程度和基因的可接近性。 ATP依赖的染色质重塑复合体:这些复合体使用ATP水解的能量来重新定位核小体,改变染色质的结构,使得某些基因区域变得更加开放或更加紧密。 组蛋白变体:某些组蛋白的变体可以替代标准组蛋白,这些变体可能具有不同的电荷或结构特性,从而影响染色质的组织和基因表达。 DNA甲基化和去甲基化:DNA上的甲基化修饰可以招募含有甲基结合域的蛋白质,这些蛋白质进一步影响染色质的结构和基因的沉默。 非编码RNA分子:长链非编码RNA和小RNA等分子可以通过与染色质重塑复合体或其他调控蛋白相互作用,影响染色质的结构和基因表达。 染色质重塑在多种生物学过程中起着关键作用,包括细胞分化、发育、记忆形成以及疾病发生,如癌症。在癌症中,染色质重塑可能与肿瘤抑制基因的沉默或癌基因的激活有关。 染色质重塑调控机制 2. 如何研究染色质重塑: 染色质重塑是一个动态和复杂的过程,它涉及到多种分子机制和调控机制,是表观遗传学和基因调控研究中的一个活跃领域。可以用到的研究方法有:
1. 概念: 转录调控是生物学中一个非常重要的概念,它涉及到基因表达的调控机制。在真核生物中,转录是指DNA模板链被转录成RNA的过程,这个过程受到多种因素的调控,以确保细胞在不同的生理和环境条件下能够正确地表达基因。 2. 转录调控的主要机制包括: 启动子和增强子:启动子是DNA上的一段序列,它能够识别并结合RNA聚合酶,从而启动转录过程。增强子是另一类DNA序列,它可以增强或抑制启动子的活性,即使它们与启动子相隔很远。 转录因子:转录因子是一类蛋白质,它们可以结合到DNA上的特定序列,从而激活或抑制基因的转录。转录因子可以是激活因子,也可以是抑制因子。 染色质结构:染色质是DNA和组蛋白组成的复合物,其结构的变化可以影响基因的可及性,从而调控基因的转录。例如,组蛋白的乙酰化通常与基因激活相关,而甲基化则可能抑制基因表达。 非编码RNA:包括长链非编码RNA(lncRNA)和小RNA(如miRNA),它们可以通过多种机制影响基因的转录和转录后的调控。 表观遗传修饰:DNA甲基化和组蛋白修饰是表观遗传学中的重要概念,它们可以在不改变DNA序列的情况下调控基因的表达。 环境因素:包括温度、光照、营养状态等,这些因素可以通过影响转录因子的活性或稳定性来调控基因表达。 转录调控对于细胞分化、组织发育、疾病发生等生物学过程至关重要。研究转录调控机制有助于我们理解生命现象的复杂性,并为疾病的治疗提供新的策略。 3. 如何研究转录调控: 转录调控涉及到的机制比较多,这里我们以转录因子为例,可参考的研究思路如下: 不知道课题思路时,选择跟着国自然热点方向,不失为一个好的选择。国自然热点+表观测序组合就是不错的切入点。本期的介绍就到这里了,如有相关技术需求,欢迎联系我们。祝大家科研顺利,发文就发CNS~ 开学大促的活动正在火热进行中,有需要的老师不要错过哟~ 项目咨询 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,是一家专业提供表观组学科研服务、单细胞与空间组学测序分析和高通量测序分析的新型生物科技服务企业。公司先后引入ChIP、WGBS、ATAC-seq、DNBSEQ-T7、10x Genomics、SeekOne® DD、DNBelabC-TaiM4和Stereo-seq等实验平台,不断提升公司的科研服务能力。 运营至今合作的科研客户超2000家,涵盖国内知名科研院所、高校以及相关生物企业,科研成果曾多次在Science、Cancer Cell、Nature Communications、J HEMATOL ONCOL、Plant Cell 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。 了 解 更 多 { 往 期 精 彩 回 顾 } 精选合集,欢迎收藏哟! |