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Genome Res:深入研究组蛋白修饰机制或可帮助理解基因调节模式

来源:生物谷 2016-07-12 23:17

图片来源:www.phys.org

2016年7月13日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,刊登在国际杂志Genome Research上的一篇研究论文中,来自新加坡A*STAR研究所的研究人员通过研究发现特殊类型的组蛋白修饰的独特功能,这对于理解基因调节以及疾病的发生非常重要。

组蛋白是细胞核中的特殊蛋白,其可以组织DNA形成名为核小体的结构单位,帮助保护DNA以及控制基因的表达,目前有5种主要的组蛋白家族,不同家族的组蛋白有着不同的修饰表现。文章中研究者通过全基因组来观察分析这些组蛋白修饰的模式,目的在于理解基因调节和疾病发生的过程,比如一种名为组蛋白乙酰化作用的组蛋白修饰和用以基因调节和增强转录的DNA不同位点的激活直接相关,然而对于组蛋白及其功能的表现研究者还有待于深入研究。目前有35种已知的组蛋白乙酰化作用,其中很多乙酰化作用并没有明确的特征,大多数的调节基因组研究也将目光聚焦于H3K27ac和H3K9ac两种组蛋白的乙酰化作用上。

文章中研究者对不同的组蛋白修饰进行了比较,目的在于检测一类活性增强子的能力,研究者表示,一种名为H2BK20ac的组蛋白乙酰化修饰可以作为预测活性增强子的预测性标志,当前对于H2BK20ac的特性并没有集中性的研究,同时科学家们也发现,在所有的组蛋白乙酰化修饰中,H2BK20ac可以最有效地鉴别细胞状态的特异性活性增强子,而且这种组蛋白修饰在所有类型细胞中处于激活状态的持家基因的启动子中都不存在;研究者还发现,细胞的外部信号可以促进组蛋白乙酰化修饰异质性的发生,尤其是H3K27ac和H2BK20ac。

研究者Vibhor Kumar表示,当前临床研究者想去寻找可以提供细胞状态信息的基因或者标志物,比如其是否处于疾病或健康状态等,而我们的研究结果将可以帮助我们寻找对疾病或细胞状态特殊的启动子。本文研究对于正确注解基因组中功能性的调节元件非常重要。研究人员Bing Ren教授指出,这项精心设计的实验可以帮助揭开基因组中增强子的新型染色质特性,而相关研究结果也可以帮助我们更好理解增强子的功能及作用机制。

最后研究者Ng Huck Hui 表示,这是一项让人非常激动的研究,因为我们发现了活性启动子位置组蛋白乙酰化修饰的异质性,而且增强子还有潜力影响并且增强未来基于表观基因组学的研究,而这对于后期开发新型靶向治疗策略或将提供新的线索和思路。(生物谷Bioon.com)

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Comprehensive benchmarking reveals H2BK20 acetylation as a distinctive signature of cell-state-specific enhancers and promoters

Vibhor Kumar1,6, Nirmala Arul Rayan1,6, Masafumi Muratani2,3,6, Stefan Lim1, Bavani Elanggovan1, Lixia Xin1, Tess Lu1, Harshyaa Makhija1, Jeremie Poschmann1, Thomas Lufkin3,4, Huck Hui Ng3,5 and Shyam Prabhakar1

Although over 35 different histone acetylation marks have been described, the overwhelming majority of regulatory genomics studies focus exclusively on H3K27ac and H3K9ac. In order to identify novel epigenomic traits of regulatory elements, we constructed a benchmark set of validated enhancers by performing 140 enhancer assays in human T cells. We tested 40 chromatin signatures on this unbiased enhancer set and identified H2BK20ac, a little-studied histone modification, as the most predictive mark of active enhancers. Notably, we detected a novel class of functionally distinct enhancers enriched in H2BK20ac but lacking H3K27ac, which was present in all examined cell lines and also in embryonic forebrain tissue. H2BK20ac was also unique in highlighting cell-type-specific promoters. In contrast, other acetylation marks were present in all active promoters, regardless of cell-type specificity. In stimulated microglial cells, H2BK20ac was more correlated with cell-state-specific expression changes than H3K27ac, with TGF-beta signaling decoupling the two acetylation marks at a subset of regulatory elements. In summary, our study reveals a previously unknown connection between histone acetylation and cell-type-specific gene regulation and indicates that H2BK20ac profiling can be used to uncover new dimensions of gene regulation.

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