下一代测序技术在干细胞转录调控研究中的应用

基因转录调控及其机制分析是后基因组时代生物学研究的重点之一。随着高通量测序技术的发展,人们可以从不同层面研究基因的转录调控行为,从转录组、转录因子结合,到染色质局部结构和整体空间构象,可系统分析转录调控的分子机制。干细胞分化过程的转录调控分析对研究再生医学和理解细胞癌变机制等具有重要意义。本文综述了下一代测序技术在干细胞转录调控研究中的应用,包括：(1)基于基因芯片或RNA测序的转录组分析;(2)基于染色体免疫共沉淀(chromatin immunoprecipitation, ChIP)测序的表观基因组和转录因子结合信息的分析;(3)基于DNase 酶切测序(DNase-Seq)的染色质开放性分析;(4)基于高通量染色质构象捕获(high-throughput chromosome conformation capture, Hi-C)技术的染色体远程相互作用分析。从基因表达谱、转录因子结合和基因组三维结构等层面展开介绍,重点关注了一些多能性转录因子(Oct4、Sox2和Nanog等)在维持干细胞干性和分化中的调控作用,以期为干细胞转录调控的研究提供借鉴和参考。     

转录因子靶基因的鉴定

文章介绍了鉴定转录因子靶基因研究中常用的生物学方法,尤其是在基因组范围内转录因子靶位点的筛选方法,如染色质免疫沉淀、甲基化酶鉴定、pull-down、蛋白结合芯片和生物信息学方法等。     

芯片技术与肿瘤中DNA甲基化研究

DNA甲基化是表观遗传学的一个重要部分。它参与基因转录调控, X染色体失活, 发育调控及细胞分化的过程。异常的DNA甲基化与癌症的发生密切相关。芯片技术的发展为高通量研究DNA甲基化提供了新的方法。各种芯片技术以不同的DNA预处理方法为基础, 包括免疫沉淀和限制性内切酶等。免疫沉淀方法特异性高, 而限制性酶的方法具有较高的灵敏度。虽然每种方法都有一定的局限性, 但是它们为在基因组范围研究癌症的甲基化谱提供了更多的选择。     

染色质免疫沉淀-测序：全基因组范围研究蛋白质-DNA相互作用的新技术

染色质免疫沉淀-测序(ChIP-seq)是近年来新兴的将染色质免疫沉淀(ChIP)与深度测序技术相结合,在全基因组范围内分析DNA结合蛋白结合位点、组蛋白修饰、核小体定位和DNA甲基化的高通量技术．在新一代测序(NGS)技术的大力推动下,ChIP-seq提供了一种相对于ChIP-chip高分辨率、低噪音、高覆盖率的研究方法．随着测序成本的降低,ChIP-seq逐步成为研究基因调控和表观遗传机制的一种常用手段．本文就该技术的最近研究进展进行综述,并着重介绍ChIP-seq数据分析过程及该技术的实际应用情况.     

用生物信息学方法寻找肝癌特异性表达基因转录调控模式

为了对肝癌(hepatocellularcarcinoma,HCC)的分子发病机理进行研究,首先对肝癌基因表达谱数据用t-检验算法进行了分析,找到了肝癌中特异性表达基因(characteristicgenes).然后把这些基因结合已知的肝HNF家族转录因子染色质免疫共沉淀结合DNA启动子芯片(ChIP-chip)实验数据用SAEM算法进行分析,得到了肝癌特异性表达基因的转录调控关系,并寻找到了多个HNF家族转录因子调控单基因的转录调控模式.结果表明HNF家族转录因子对大量具有重要功能的肝癌特异性表达基因进行了转录调控,并且多个HNF家族转录因子调控单基因可以形成前馈环和多输入调控等模式.     

染色质互作相关转录因子的挖掘及功能分析

染色质互作是真核生物基因组组装的基础,并且在调控真核基因细胞特异性表达中发挥重要作用.染色质互作的发生与特定的蛋白质有关,目前已经发现CTCF (CCCTC binding facor,转录阻抑物)和黏连蛋白与染色质互作相关,然而并不清楚是否还有其他蛋白质参与染色质互作.我们将整合高通量染色体构象捕获(Hi-C)和染色质免疫沉淀-测序(ChIP-seq)数据,在GM12878和K562细胞系中挖掘与染色质互作相关的转录因子,并对发现的转录因子做功能分析.我们在频繁发生互作的染色质位点中发现RUNX3、SPI1等转录因子也可能参与染色质互作.另外,通过FP-growth的数据挖掘方法还发现多个转录因子可能协同作用参与染色质互作.研究结果将为染色质互作相关实验的开展提供先验知识.     

c-Myc功能及其下游靶点

c-Myc是一个在进化上较为保守的,具有b/HLH/LZ结构的转录调节因子,它可以与Max形成异源二聚体通过结合于启动子区的E盒结构对基因进行转录激活调控,也可以通过其他方式对基因进行正负调节,参与调控了细胞的增殖、分化、生长、凋亡、细胞周期进程、细胞内生物大分子的代谢以及细胞的恶性转化。近期,研究者通过采用微阵列芯片、生物信息学技术、染色质免疫沉淀(ChIP)、基因表达系列分析(SAGE)等高通量研究的新技术对c-Myc下游靶点进行研究,这对于揭示c-Myc结构与功能之间的关系具有重要的生物学意义。     

ChIA-PET技术

配对末端标签测序分析染色质相互作用(chromatin interaction analysis by paired-end tag sequencing,ChIA-PET)技术是一项在全基因组范围内分析远程染色质相互作用的新技术。它把染色质免疫沉淀(chromatin immunoprecipitation,ChIP)技术、染色质邻近式连接(chromatin proximity ligation)技术、配对末端标签(paired-endtag,PET)技术和新一代测序(next-generation sequencing)技术融为一体,在基因组三维折叠和套环状态下分析基因表达和调控。ChIA-PET技术已用于确定人乳腺腺癌细胞内雌激素受体a的结合位点之间的相互作用。随着更多蛋白质因子的发现及其抗体的应用,该技术可实时捕获全基因组范围内参与复制、转录过程的蛋白质因子结合位点以及结合位点间的相互作用,这对于阐明基因调控和疾病发生机制具有重大意义。     

ChIP技术及其在基因组水平上分析DNA与蛋白质相互作用

染色质免疫沉淀(Chromatin immunoprecipitaion, ChIP)技术是分析细胞内生理状态下DNA结合蛋白与基因组DNA相互作用的技术。ChIP与高密度芯片(ChIP-chip)或高通量测序(ChIP-Seq)相结合能产生大量的研究数据, 在细胞的基因表达调控网络研究中发挥重要作用。文章主要介绍ChIP、ChIP-chip和ChIP-Seq的技术特点以及发展趋势, 重点讨论了ChIP-Seq数据分析方法及相关的应用实例。     

染色质免疫沉淀技术在研究DNA与蛋白质相互作用中的应用

在后基因组时代,DNA-蛋白质的相互作用是研究基因表达调控的一个重要领域。与其他方法相比,染色质免疫沉淀技术（chromatin immunoprecipitation assay, ChIP）是一种在体内研究DNA-蛋白质相互作用的理想的方法。近年来这种方法与DNA芯片和分子克隆技术相结合,可用于高通量的筛选已知蛋白因子的未知DNA靶点和研究反式作用因子在整个基因组上的分布情况,这将有助于深入理解DNA-蛋白质相互作用的调控网络。总结了染色质免疫沉淀技术的方法,特别介绍了使用这些方法取得的最新进展。     

基因芯片与植物基因差异表达分析

基因芯片为研究植物不同个体或物种之间以及同一个体在不同生长发育阶段、正常和疾病状态下基因表达的差异、某一性状多基因的协同作用,寻找和定位新的目的基因等方面带来了革命性的变革。与传统研究基因差异表达的方法相比,它具有微型化、用材少、快速、准确、灵敏度能高基、在因同等一研究方面已取得了显著的成绩,如拟南芥、酵母、水稻等。