染色質免疫共沉淀測序ChIP-seq研究成果匯總及DNA-蛋白質互作研究思路
在生物學研究中，DNA與蛋白質之間的互作（DNA-Protein Interactions，DPIs）是至關重要的，參與基因的表達、調控、復制、重組和修復以及RNA的轉運、翻譯和調控等多個過程，幾乎涉及所有的生命活動。本期以科研內容為序，總結近期染色質免疫共沉淀測序合作研究成果，并就DNA-蛋白質互作研究思路進行總結。
01 蛋白質�；cc-di-GMP協(xié)同調控放線菌發(fā)育與抗生素合成機制
2023年06月07日，華東理工大學生物工程學院和生物反應器工程國家重點實驗室葉邦策教授和尤迪副教授為共同通訊作者、博士生符瑜為第一作者以“A meet-up of acetyl phosphate and c-di-GMP modulates BldD activity for development and antibiotic production”為題在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）雜志發(fā)表研究論文。該研究以放線菌（Actinobacteria）為研究對象，揭示了蛋白質酰基化與c-di-GMP協(xié)同調控放線菌發(fā)育與抗生素合成機制的研究新進展。
標題：A meet-up of acetyl phosphate and c-di-GMP modulates BldD activity for development and antibiotic production（乙酰磷酸和c-di-GMP協(xié)同調控BldD活性，促進抗生素開發(fā)和生產）
時間：2023-06-07
期刊：Nucleic Acids Research
影響因子：IF 19.16
技術平臺：EMSA 、ChIP-seq、Western blot、RT-PCR、質譜、免疫沉淀（IP）和免疫印跡（IB）等
摘要：
放線菌（Actinobacteria）是一種普遍存在的細菌，會同時經歷復雜的生長發(fā)育和抗生素生產以響應應激或營養(yǎng)脅迫。放線菌的這種生長發(fā)育主要受c-di-GMP和廣域調控因子BldD互作調控。迄今為止，調控這些細胞生物學過程的上游和整體信號網絡仍然未知。在紅霉素生產菌（紅霉糖多孢菌，Saccharopolyspora erythraea，S. erythraea）中，研究結果表明外界環(huán)境氮脅迫引起積累的乙酰磷酸（acetyl phosphate，AcP）與c-di-GMP協(xié)同調控BldD活性。AcP誘導的K11位點乙�；@著抑制BldD形成二聚體并與靶DNA解離，干擾c-di-GMP的信號通路，從而調控發(fā)育變化和抗生素生產。此外，BldDK11R的實際突變可繞過乙�；{控，強化BldD對紅霉素合成的正調控能力，提升紅霉素終產量。AcP依賴性乙�；难芯客ǔ＞窒抻诿富钚哉{控。本研究結果揭示了AcP誘導的乙�；矁r修飾與c-di-GMP非共價結合協(xié)同調控放線菌發(fā)育與次級代謝的分子機制，開拓了翻譯后修飾的新功能，有助于全面理解微生物固有的翻譯后修飾系統(tǒng)對整體代謝網絡（營養(yǎng)代謝與合成代謝）的交互作用及其調控規(guī)律，顯示了基于�；揎椪{控的原理和分子機制在合成生物系統(tǒng)工程化設計方面的應用潛能。AcP與c-di-GMP信號整合在一起，調節(jié)BldD發(fā)育和抗生素生產活性，以響應環(huán)境脅迫。這種連貫的監(jiān)管網絡可能在放線菌中廣泛存在，因此具有廣泛意義。
圖形摘要
02 煙粉虱共生菌Hamiltonella調控宿主生殖新機制
2023年02月10日，沈陽農業(yè)大學植物保護學院博士研究生姚亞林為第一作者、欒軍波教授為論文通訊作者在《Cell Reports》雜志以“A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function”為題發(fā)表研究論文。該研究通過ChIP-seq等實驗揭示了煙粉虱（whitefly Bemisia tabaci）含菌細胞共生菌Hamiltonella通過調控卵巢線粒體功能決定后代性比的共生菌調控宿主生殖的表遺傳機制。
期刊：Cell Reports
影響因子：IF 9.995
技術平臺：ChIP-seq等
摘要：
共生菌影響宿主繁殖，但潛在的分子機制尚不清楚。本研究發(fā)現煙粉虱含菌細胞共生菌Hamiltonella合成的葉酸通過介導組蛋白甲基化修飾調控煙粉虱卵巢線粒體功能，從而影響煙粉虱受精和后代性比，而葉酸補充會恢復后代性比。Hamiltonella缺失或基因沉默使組蛋白H3賴氨酸9三甲基化（H3K9me3）水平發(fā)生變化，其通過葉酸補充而恢復。H3K9me3的全基因組染色質免疫沉淀測序（ChIP-seq）分析表明共生菌缺失導致煙粉虱中的線粒體功能受抑制。Hamiltonella缺失影響了煙粉虱卵巢的線粒體質量，抑制卵巢線粒體功能導致白色性比例異常。這些發(fā)現表明，共生菌衍生的葉酸調控宿主組蛋白甲基化修飾，從而影響卵巢線粒體功能，最終決定宿主性比。研究解析了共生菌——線粒體互作在調控宿主性比中的重要作用，揭示了共生菌調控宿主生殖的新機制。研究成果拓展了對宿主與共生菌互作機制的理解，為粉虱的精準防控提供了新靶標。
圖形摘要
03 HIV-1感染細胞轉錄抑制因子Schlafen 5的表觀遺傳調控機制
2022年6月10日，中國醫(yī)學科學院藥物生物技術研究所岑山和李曉宇團隊以“Schlafen 5 suppresses human immunodeficiency virus type 1 transcription by commandeering cellular epigenetic machinery”為題在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）雜志發(fā)表研究論文。該研究以細胞為研究對象，通過ChIP-seq等分析結果揭示了SLFN5的細胞表觀遺傳調控機制。
標題：Schlafen 5 suppresses human immunodeficiency virus type 1 transcription by commandeering cellular epigenetic machinery
時間：2022-06-10
期刊：Nucleic Acids Research
影響因子：IF 19.16
技術平臺：ChIP-seq、ChIP-qPCR、Co-IP、EMSA等
摘要：
Schlafen-5（SLFN5）是一種干擾素誘導的Schlafen家族蛋白，參與免疫反應和腫瘤發(fā)生。然而目前對其抗HIV-1（human immunodeficiency virus type 1 transcription）功能知之甚少。在本研究中，作者鑒定出SLFN5的過表達抑制了HIV-1的復制并降低病毒mRNA水平，而內源性SLFN5缺失則促進HIV-1復制。此外，染色質免疫沉淀 (ChIP-seq+ChIP-qPCR)檢測結果表明SLFN5通過與U5-R區(qū)域的兩個序列結合，顯著降低HIV-1長末端重復序列（LTR）的轉錄活性，從而抑制RNA聚合酶II（RNA PoL II）向轉錄起始位點募集。誘變研究驗證了核定位序列和N-末端1-570氨基酸片段在抑制HIV-1中的重要性。進一步機制研究表明，SLFN5與PRC2復合物、G9a和組蛋白H3的成分互作，從而促進H3K27me2和H3K27me3修飾，導致HIV-1轉錄沉默。且SLFN5阻斷了潛伏期HIV-1激活�？傊�，本研究結果表明，SLFN5是通過表觀遺傳調控的HIV-1轉錄抑制因子，是HIV-1潛伏期的潛在決定因素。
圖形摘要：SLFN5抑制HIV-1 LTR轉錄模型
04 H3K27me3去甲基化酶在體細胞重編程調控轉錄機制
2020年10月8日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院/生物島實驗室秦寶明教授團隊和Miguel A. Esteban課題組在Nature Communications雜志發(fā)表了題為"JMJD3 acts in tandem with KLF4 to facilitate reprogramming to pluripotency"的研究論文，該成果揭示了H3K27me3去甲基化酶JMJD3與KLF4在體細胞重編程中協(xié)同調控轉錄新機制，深圳易基因提供本研究中的部分測序分析服務。
標題：JMJD3 acts in tandem with KLF4 to facilitate reprogramming to pluripotency
發(fā)表時間：2020年10月8日
期刊：Nature Communications
影響因子：17.694
技術方法：ChIP-seq、RNA-seq等
本研究中，作者通過逆轉錄定量PCR（RT-qPCR）和RNA-seq測定分析并多方驗證，證實了組蛋白H3K27me3去甲基化酶JMJD3在小鼠重編程中起著2方面相反的作用。一方面，在傳代后期出現衰老特征的小鼠胚胎成纖維細胞（MEF）中，與以往報道一致，JMJD3通過激活Ink4a/Arf抑制重編程，而且這一效應與重編程無關；另一方面，在傳代早期年輕的MEF中，JMJD3提高重編程效率并且Vc能大大加強這一作用。
作者通過ChIP-seq等組學測序分析，表明在機制上，JMJD3被KLF4特異性地招募至上皮和多能性基因位點，并輔助KLF4激活這些基因。
進一步，作者在多種其他KLF4介導的細胞命運轉變中驗證了JMJD3的這一作用模式。
關于染色質免疫共沉淀測序（ChIP-seq）研究思路
CHIP-seq研究的數據挖掘思路主要分為3步：
■ 整體把握CHIP-seq圖譜特征：peak/reads在基因組上的分布、peak在元件上的富集、peak在基因元件上的分布、peak的motif分析、peak距離TSS位點的距離分析、peak修飾基因的功能分析。
■ 篩選具體差異peak和基因：差異 peak鑒定、非時序數據的分析策略、時序數據的分析策略、差異peak關聯(lián)基因的功能分析、差異peak關聯(lián)基因的PPI分析、感興趣目標區(qū)域的可視化展示。
■ CHIP-seq&轉錄組學關聯(lián)分析：Meta genes整體關聯(lián)、peak關聯(lián)基因與DEG對應關聯(lián)、目標區(qū)域和靶基因的篩選。
后期視情況是否需要下游實驗設計驗證TF結合/組蛋白修飾的目標區(qū)域和候選靶基因。
2. Yao YL, Ma XY, Wang TY, Yan JY, Chen NF, Hong JS, Liu BQ, Xu ZQ, Zhang N, Lv C, Sun X, Luan JB. A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function. Cell Rep. 2023 Feb 10;42(2):112102.
3. Jiwei Ding, et al. Schlafen 5 suppresses human immunodeficiency virus type 1 transcription by commandeering cellular epigenetic machinery, Nucleic Acids Research, Volume 50, Issue 11, 24 June 2022, Pages 6137–6153
4. Huang Y, Zhang H, Wang L, Tang C, Qin X, Wu X, Pan M, Tang Y, Yang Z, Babarinde IA, Lin R, Ji G, Lai Y, Xu X, Su J, Wen X, Satoh T, Ahmed T, Malik V, Ward C, Volpe G, Guo L, Chen J, Sun L, Li Y, Huang X, Bao X, Gao F, Liu B, Zheng H, Jauch R, Lai L, Pan G, Chen J, Testa G, Akira S, Hu J, Pei D, Hutchins AP, Esteban MA, Qin B. JMJD3 acts in tandem with KLF4 to facilitate reprogramming to pluripotency. Nat Commun. 2020 Oct 8;11(1):5061.
01 蛋白質�；cc-di-GMP協(xié)同調控放線菌發(fā)育與抗生素合成機制
2023年06月07日，華東理工大學生物工程學院和生物反應器工程國家重點實驗室葉邦策教授和尤迪副教授為共同通訊作者、博士生符瑜為第一作者以“A meet-up of acetyl phosphate and c-di-GMP modulates BldD activity for development and antibiotic production”為題在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）雜志發(fā)表研究論文。該研究以放線菌（Actinobacteria）為研究對象，揭示了蛋白質酰基化與c-di-GMP協(xié)同調控放線菌發(fā)育與抗生素合成機制的研究新進展。
時間：2023-06-07
期刊：Nucleic Acids Research
影響因子：IF 19.16
技術平臺：EMSA 、ChIP-seq、Western blot、RT-PCR、質譜、免疫沉淀（IP）和免疫印跡（IB）等
摘要：
放線菌（Actinobacteria）是一種普遍存在的細菌，會同時經歷復雜的生長發(fā)育和抗生素生產以響應應激或營養(yǎng)脅迫。放線菌的這種生長發(fā)育主要受c-di-GMP和廣域調控因子BldD互作調控。迄今為止，調控這些細胞生物學過程的上游和整體信號網絡仍然未知。在紅霉素生產菌（紅霉糖多孢菌，Saccharopolyspora erythraea，S. erythraea）中，研究結果表明外界環(huán)境氮脅迫引起積累的乙酰磷酸（acetyl phosphate，AcP）與c-di-GMP協(xié)同調控BldD活性。AcP誘導的K11位點乙�；@著抑制BldD形成二聚體并與靶DNA解離，干擾c-di-GMP的信號通路，從而調控發(fā)育變化和抗生素生產。此外，BldDK11R的實際突變可繞過乙�；{控，強化BldD對紅霉素合成的正調控能力，提升紅霉素終產量。AcP依賴性乙�；难芯客ǔ＞窒抻诿富钚哉{控。本研究結果揭示了AcP誘導的乙�；矁r修飾與c-di-GMP非共價結合協(xié)同調控放線菌發(fā)育與次級代謝的分子機制，開拓了翻譯后修飾的新功能，有助于全面理解微生物固有的翻譯后修飾系統(tǒng)對整體代謝網絡（營養(yǎng)代謝與合成代謝）的交互作用及其調控規(guī)律，顯示了基于�；揎椪{控的原理和分子機制在合成生物系統(tǒng)工程化設計方面的應用潛能。AcP與c-di-GMP信號整合在一起，調節(jié)BldD發(fā)育和抗生素生產活性，以響應環(huán)境脅迫。這種連貫的監(jiān)管網絡可能在放線菌中廣泛存在，因此具有廣泛意義。
圖形摘要
02 煙粉虱共生菌Hamiltonella調控宿主生殖新機制
2023年02月10日，沈陽農業(yè)大學植物保護學院博士研究生姚亞林為第一作者、欒軍波教授為論文通訊作者在《Cell Reports》雜志以“A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function”為題發(fā)表研究論文。該研究通過ChIP-seq等實驗揭示了煙粉虱（whitefly Bemisia tabaci）含菌細胞共生菌Hamiltonella通過調控卵巢線粒體功能決定后代性比的共生菌調控宿主生殖的表遺傳機制。
標題：A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function 煙粉虱含菌細胞共生菌Hamiltonella通過調控卵巢線粒體功能決定后代性比
時間：2023-02-10期刊：Cell Reports
影響因子：IF 9.995
技術平臺：ChIP-seq等
摘要：
共生菌影響宿主繁殖，但潛在的分子機制尚不清楚。本研究發(fā)現煙粉虱含菌細胞共生菌Hamiltonella合成的葉酸通過介導組蛋白甲基化修飾調控煙粉虱卵巢線粒體功能，從而影響煙粉虱受精和后代性比，而葉酸補充會恢復后代性比。Hamiltonella缺失或基因沉默使組蛋白H3賴氨酸9三甲基化（H3K9me3）水平發(fā)生變化，其通過葉酸補充而恢復。H3K9me3的全基因組染色質免疫沉淀測序（ChIP-seq）分析表明共生菌缺失導致煙粉虱中的線粒體功能受抑制。Hamiltonella缺失影響了煙粉虱卵巢的線粒體質量，抑制卵巢線粒體功能導致白色性比例異常。這些發(fā)現表明，共生菌衍生的葉酸調控宿主組蛋白甲基化修飾，從而影響卵巢線粒體功能，最終決定宿主性比。研究解析了共生菌——線粒體互作在調控宿主性比中的重要作用，揭示了共生菌調控宿主生殖的新機制。研究成果拓展了對宿主與共生菌互作機制的理解，為粉虱的精準防控提供了新靶標。
圖形摘要
03 HIV-1感染細胞轉錄抑制因子Schlafen 5的表觀遺傳調控機制
2022年6月10日，中國醫(yī)學科學院藥物生物技術研究所岑山和李曉宇團隊以“Schlafen 5 suppresses human immunodeficiency virus type 1 transcription by commandeering cellular epigenetic machinery”為題在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）雜志發(fā)表研究論文。該研究以細胞為研究對象，通過ChIP-seq等分析結果揭示了SLFN5的細胞表觀遺傳調控機制。
時間：2022-06-10
期刊：Nucleic Acids Research
影響因子：IF 19.16
技術平臺：ChIP-seq、ChIP-qPCR、Co-IP、EMSA等
摘要：
Schlafen-5（SLFN5）是一種干擾素誘導的Schlafen家族蛋白，參與免疫反應和腫瘤發(fā)生。然而目前對其抗HIV-1（human immunodeficiency virus type 1 transcription）功能知之甚少。在本研究中，作者鑒定出SLFN5的過表達抑制了HIV-1的復制并降低病毒mRNA水平，而內源性SLFN5缺失則促進HIV-1復制。此外，染色質免疫沉淀 (ChIP-seq+ChIP-qPCR)檢測結果表明SLFN5通過與U5-R區(qū)域的兩個序列結合，顯著降低HIV-1長末端重復序列（LTR）的轉錄活性，從而抑制RNA聚合酶II（RNA PoL II）向轉錄起始位點募集。誘變研究驗證了核定位序列和N-末端1-570氨基酸片段在抑制HIV-1中的重要性。進一步機制研究表明，SLFN5與PRC2復合物、G9a和組蛋白H3的成分互作，從而促進H3K27me2和H3K27me3修飾，導致HIV-1轉錄沉默。且SLFN5阻斷了潛伏期HIV-1激活�？傊�，本研究結果表明，SLFN5是通過表觀遺傳調控的HIV-1轉錄抑制因子，是HIV-1潛伏期的潛在決定因素。
圖形摘要：SLFN5抑制HIV-1 LTR轉錄模型
04 H3K27me3去甲基化酶在體細胞重編程調控轉錄機制
2020年10月8日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院/生物島實驗室秦寶明教授團隊和Miguel A. Esteban課題組在Nature Communications雜志發(fā)表了題為"JMJD3 acts in tandem with KLF4 to facilitate reprogramming to pluripotency"的研究論文，該成果揭示了H3K27me3去甲基化酶JMJD3與KLF4在體細胞重編程中協(xié)同調控轉錄新機制，深圳易基因提供本研究中的部分測序分析服務。
標題：JMJD3 acts in tandem with KLF4 to facilitate reprogramming to pluripotency
發(fā)表時間：2020年10月8日
期刊：Nature Communications
影響因子：17.694
技術方法：ChIP-seq、RNA-seq等
圖：JMJD3和KLF4在重編程中的工作模型
作者通過ChIP-seq等組學測序分析，表明在機制上，JMJD3被KLF4特異性地招募至上皮和多能性基因位點，并輔助KLF4激活這些基因。
進一步，作者在多種其他KLF4介導的細胞命運轉變中驗證了JMJD3的這一作用模式。
圖：重編程過程中JMJD3與KLF4協(xié)同作用
關于染色質免疫共沉淀測序（ChIP-seq）研究思路
CHIP-seq研究的數據挖掘思路主要分為3步：
■ 整體把握CHIP-seq圖譜特征：peak/reads在基因組上的分布、peak在元件上的富集、peak在基因元件上的分布、peak的motif分析、peak距離TSS位點的距離分析、peak修飾基因的功能分析。
■ 篩選具體差異peak和基因：差異 peak鑒定、非時序數據的分析策略、時序數據的分析策略、差異peak關聯(lián)基因的功能分析、差異peak關聯(lián)基因的PPI分析、感興趣目標區(qū)域的可視化展示。
■ CHIP-seq&轉錄組學關聯(lián)分析：Meta genes整體關聯(lián)、peak關聯(lián)基因與DEG對應關聯(lián)、目標區(qū)域和靶基因的篩選。
后期視情況是否需要下游實驗設計驗證TF結合/組蛋白修飾的目標區(qū)域和候選靶基因。
參考文獻：
1. Fu Y, Dong YQ, Shen JL, Yin BC, Ye BC, You D. A meet-up of acetyl phosphate and c-di-GMP modulates BldD activity for development and antibiotic production. Nucleic Acids Res. 2023 Jun 7.2. Yao YL, Ma XY, Wang TY, Yan JY, Chen NF, Hong JS, Liu BQ, Xu ZQ, Zhang N, Lv C, Sun X, Luan JB. A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function. Cell Rep. 2023 Feb 10;42(2):112102.
3. Jiwei Ding, et al. Schlafen 5 suppresses human immunodeficiency virus type 1 transcription by commandeering cellular epigenetic machinery, Nucleic Acids Research, Volume 50, Issue 11, 24 June 2022, Pages 6137–6153
4. Huang Y, Zhang H, Wang L, Tang C, Qin X, Wu X, Pan M, Tang Y, Yang Z, Babarinde IA, Lin R, Ji G, Lai Y, Xu X, Su J, Wen X, Satoh T, Ahmed T, Malik V, Ward C, Volpe G, Guo L, Chen J, Sun L, Li Y, Huang X, Bao X, Gao F, Liu B, Zheng H, Jauch R, Lai L, Pan G, Chen J, Testa G, Akira S, Hu J, Pei D, Hutchins AP, Esteban MA, Qin B. JMJD3 acts in tandem with KLF4 to facilitate reprogramming to pluripotency. Nat Commun. 2020 Oct 8;11(1):5061.
標簽：
ChIP-seq
