初探转录因子与组蛋白修饰互作（1）

转录因子结合到DNA上，通过激活或抑制靠近基因启动子的转录因子结合位点，从而调节基因的表达，无论是医学、动物还是植物领域都拥有重要的研究价值。据报道，转录因子在癌症、自身免疫、糖尿病和心血管疾病等疾病中具有关键的生物学作用，因此它被认为是极具潜力的治疗靶点。目前，转录因子小分子药物开发是一个新兴领域，前景不错。利用DNA蛋白互作技术探究转录因子调控机制，成为了不少科研项目的切入点。

图1. 染色质与DNA。

DNA和蛋白互作技术主要包括染色质免疫共沉淀技术(ChIP)、CUT&Tag、 DNA亲和纯化测序(DAP-seq)、凝胶迁移阻滞(EMSA)、酵母杂交系统和荧光素酶报告基因等。ChIP-seq, CUT&Tag和DAP-seq"三剑客"是与高通量测序结合的技术,可在全基因组范围内研究DNA与蛋白互作,是很多课题的首选。其中，ChIP-seq是历史最为悠久，技术上比较成熟稳定的，因此，其成为了研究DNA-蛋白互作的首选技术。

组蛋白修饰（PTM）是真核生物调节基因表达最重要的表观遗传调控方式之一，这些修饰以不同的方式影响染色质的紧密度和可及性，从而影响基因的表达，最终影响生物各方面的生理和发育过程、调控各种生命活动。组蛋白可发生多种PTM，例如乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、乳酸化、拟素化、棕榈酰化或瓜氨酸化。转录因子可以直接或间接地影响组蛋白修饰，从而影响基因的表达。其中，研究最多的是调控基因表达的核心组蛋白甲基化和乙酰化。今天，在这里给大家分享一篇2014年发表在PLOS ONE的文章《ZBED6 Modulates the Transcription of Myogenic Genes in Mouse Myoblast Cells》，虽然影响因子不高，但是这篇文章给我们提供了转录因子调控组蛋白修饰的研究思路，希望对大家能有所帮助！

1. 通过 RNA-seq技术分析干扰ZBED6的表达对全局基因转录的影响

作者利用C2C12 细胞，干扰ZBED6基因后进行RNA-seq测序分析，最终确定了780 个DEGs。进一步，对这些DEGs进行GO和KEGG分析发现，这些基因显著富集在代表肌肉功能的GO类别中，包括编码肌肉蛋白、收缩纤维、肌原纤维、心脏发育、肌肉收缩、肌动蛋白细胞骨架、肌动蛋白结合和肌节的基因显著富集。

图1. 肌肉蛋白在差异表达基因（DEGs）中显著富集。

2. ChIP-seq鉴定ZBED6的结合位点与组蛋白修饰的富集

通过ChIP-seq 实验鉴定了 ZBED6的 结合位点，并与过滤后的DEGs列表进行比较，结果发现大多数DEGs未被鉴定为ZBED6的直接靶点，这意味着大多数差异表达是由次要效应引起的。（这也是RNA-seq和ChIP-seq联合分析中常会发生的。）因此，作者继续通过ChIP-seq探究干扰ZBED6对组蛋白修饰的影响。

通过将未经处理的C2C12成肌细胞组蛋白标记（登录号GSE33227）的ChIP-seq信号与ZBED6结合位点进行重叠，发现ZBED6与开放和活性启动子（H3K4me2、H3K4me3和H3K27ac）相关标记之间存在高度显著的共定位。在增强子（H3K4me1）或整个表达基因（H3K36me3）上没有发现与标记的关联，并且在由抑制性组蛋白标记（如H3K27me3）标记的处于沉默状态的基因中没有发现富集（图2A）。这些结果暗示了组蛋白修饰与转录因子ZBED6之间可能存在着高度相关。

图2. C2C12成肌细胞中与ZBED6结合位点相关的组蛋白修饰。

3. 在ZBED6沉默后，组蛋白修饰在编码肌肉蛋白的基因上差异富集

为了研究Zbed6沉默是否会导致组蛋白标记的变化，作者对沉默ZBED6和对照细胞进行了组蛋白标记H3K4me3、H3K36me3、H3K4me2和H3K9ac抗体的ChIP测序(登录号SRA058767)。从这些组蛋白标记的沉默/控制比可以看出，ZBED6沉默对ZBED6结合位点上的H3K4me2、H3K4me3和H3K9ac信号没有重大影响（图2B）。进一步分析了干扰组和对照组间所有上调DEGs和下调DEGs的TSS下游前2KB的H3K4me2、H3K4me3、H3K36me3和H3K9ac的reads富集比值，结果发现上调基因中的所有修饰都有显著更高的富集（图2C）。GO分析发现，有9个肌肉相关基因（Tmod1、Homer1、Myoz2、Tpm2、Tnni2、Actc1、Myom1、Tnnt3和Casq2）与RNA-seq的分析结果一致。由此说明，ZBED6能够通过影响机体组蛋白的修饰来调控小鼠C2C12细胞的分化。

上述这篇文章，不仅看了组蛋白修饰在转录因子结合位点上是否存在富集，也检测了干扰转录因子后各组蛋白修饰在差异表达基因上的富集情况，将转录因子、组蛋白修饰和靶基因筛选进行了整合分析，具有一定的参考价值。但是，这篇文章最大缺憾是作者未继续深入地探究在转录因子与特定关键组蛋白修饰的互作，也未能通过大量实验证实转录因子是通过改变特定组蛋白修饰方式而影响下游基因的表达。如果未来我们要做这方面的研究，深入探究转录因子和组蛋白修饰的互作关系将是重中之重！