2019年12月10日 星期二

號外:ABclonal表觀修飾型抗體在Genome Research上榜啦!


導讀
真核生物細胞核內展開長度為2-3米的DNA如何折疊在直徑僅為數微米的細胞核中,並有序地調控基因組的功能?儘管經歷了多年的研究,但這目前依然是生命科學中尚未解決的重要科學問題之一。

20171222日,復旦大學基礎醫學院和生物醫學研究院雙聘PI文波教授課題組在國際知名期刊Genome Research上發表題為“The nuclear matrix protein HNRNPU maintains 3D genome architecture globally in mouse hepatocytes”的研究論文。該研究在核基質蛋白對染色質高級結構的全局性調控作用方面取得重要進展。文波教授為本文通訊作者,博士生範輝和呂品為第一作者。
本文中重要靶點H3K9me3抗體(貨號A2360)來自ABclonal公司,成功應用於WBIF



課題組研究人員用核型維持完整的小鼠肝臟細胞建立細胞模型,通過Hi-C (High-throughput/resolution chromosome conformation capture)、DamID (DNA adenine methyltransferase identification)ChIP-SeqRNA-Seq等高通量定序技術結合光學顯微鏡以及電鏡技術,系統研究了核基質蛋白HNRNPU (Heterogeneous Nuclear Ribonucleoprotein U)3D genome(三維基因組結構)的調控功能。

實驗發現當HNRNPU的表達下調時,染色質和核纖層之間的相互作用,即核纖層關聯域(Lamina-associated domainsLADs)發生了巨大的變化,致使16.6%的基因組由非LADs轉變為LADs區域,電鏡結果也表明染色質向核邊緣重分佈。
同時發現有7.5%的基因組發生了Compartment(間隔)的類型轉變,CompartmentTAD(Topologically Associated Domains,拓撲結構域)內部及其之間的長距離相互作用也發生了顯著變化。此外,46%TAD邊界強度及58%的染色質環強度也隨之降低。通過ChIP-seq實驗證明HNRNPU主要結合在活性染色質區域,而且80%的結合位置與CTCF或者RAD21相互重疊。
該項研究系統解析了HNRNPU對染色質高級結構的全局調控功能,並暗示核基質對3D genome的普遍性組織作用,為揭示高級結構染色質形成及維持的分子機制提供了新依據。

The working model of chromatin high structure regulated by HNRNPU

ABclonal從成立之初,一直致力於表觀修飾型抗體研發,為科研工作者提供更多的表觀研究工具。
在哺乳動物基因組中,一個核體由H2AH2BH3H4各兩分子組成的八聚體和200bp左右的DNA以及一個分子的組蛋白H1組成。游離在外的組蛋白N端會在相關酶作用下發生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等多種修飾,這些修飾都會影響基因的轉錄活性。研究最熱門的是組蛋白的甲基化修飾,其次是乙酰化修飾。組蛋白甲基化是由組蛋白甲基轉移酶(Histonemethyl TransferaseHMT)催化完成,可發生在組蛋白的賴氨酸(K)和精氨酸(R)殘基上,賴氨酸殘基能夠發生單、雙、三甲基化,而精氨酸殘基能夠發生單甲基化、對稱和不對稱雙甲基化。組蛋白乙酰化則是由乙酰轉移酶介導,人類基因組編碼有六十多種組蛋白乙酰轉移酶,催化組蛋白的賴氨酸殘基上發生單乙酰化。


組織蛋白八聚體結構示意圖


組織蛋白常見修飾位點分佈

ABclonal組蛋白修飾型靶點抗體


ABclonal表觀修飾型抗體優勢
特異性高:抗體採用交叉純化,短肽純化,多肽矩陣檢測抗體特異性。
嚴格QC:表觀修飾性抗體檢測方案—多物種(H M R),多應用(DB WB IHC IF ChIP),出庫前全部經過內部嚴格QC檢測,極大程度滿足客戶需求。
抗體KitABclonal表觀抗體全部自主研發,根據功能性研究對抗體進行組裝,提供系統性解決方案。
ChIP-Seq服務ABclonal不僅能夠提供ChIP級抗體,同時能夠提供 ChIP 實驗、ChIP-qPCR 檢測、高通量測序文庫構建、生物信息學數據分析等全套服務。
新靶點合作開發:科學家鑑定出新的修飾位點或者發現新的修飾類型,ABclonal公司可以合作開發,鑑定成功,客戶可購買成品。

代表性抗體展示

TriMethyl-Histone H3-K9 pAb
A2360  H3K9me3

Western blot analysis of extracts of various cell lines, using TriMethyl-Histone H3-K9 antibody (A2360) at1:1000 dilution.

Dot-blot analysis of all sorts of methylation peptides using TriMethyl-Histone H3-K9 antibody (A2360).

Immunohistochemistry of paraffin-embedded Rat brain using TriMethyl-Histone H3-K9 antibody (A2360)
at dilution of 1:100 (40x lens).

Chromatin immunoprecipitation analysis extracts of 293T cells, using TriMethyl-Histone H3-K9 antibody (A2360) and rabbit IgG.
P1 and P2 were located on EBAG9 gene. The amount of immunoprecipitated DNA was checked by quantitative PCR. Histogram was constructed by the ratios of the immunoprecipitated DNA to the input.

TriMethyl-Histone H3-K27 pAb
A2363  H3K27me3

Western blot analysis of extracts of various cell lines, using TriMethyl-Histone H3-K27 antibody (A2363)
at 1:1000 dilution.

Dot-blot analysis of all sorts of methylation peptides using TriMethyl-Histone H3-K27 antibody (A2363).

Immunofluorescence analysis of HeLacells using TriMethyl-Histone H3-K27 antibody (Green) and BrdU antibody (A1482)  (Red).Blue: DAPIfor nuclear staining.

Chromatin immunoprecipitation analysis extracts of 293T cells, using TriMethyl-Histone H3-K27 antibody (A2363) and rabbit IgG. P1 and P2 were located on ANO2 gene. The amount of immunoprecipitated DNA was checked by quantitative PCR. Histogram was constructed by the ratios of the immunoprecipitated DNA to the input.

TriMethyl-Histone H4-K20 pAb
A2372
Western blot analysis of extracts of various cell lines, using TriMethyl-Histone H4-K20 antibody (A2372)
at 1:1000 dilution.

Dot-blot analysis of all sorts of methylation peptides using TriMethyl-Histone H4-K20 antibody (A2372).

Immunohistochemistry of paraffin-embedded rat testis using TriMethyl-Histone H4-K20 antibody (A2372) 
at dilution of 1:200 (40x lens).



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2019年11月4日 星期一

文獻|植物竟然也有“記憶”還能遺傳,這“陰影面積”得有多大


題目:An H3K27me3 demethylase-HSFA2 regulatory loop orchestrates transgenerational thermomemory in Arabidopsis
期刊:Cell Research
客戶單位:植物生理生態研究所和遺傳與發育生物學研究所
物種:擬南芥
應用:WB
ABclonal 合作技術:SGS3和SGIP1蛋白表達及抗體定制

一、研究背景

全球氣溫升高對植物生長,發育和繁殖產生了各種深遠影響,並對全球作物產量構成嚴重威脅。為了適應環境溫度的變化,植物進化出複雜的遺傳和表觀遺傳機制以響應高溫並隨之調整生長發育。何祖華課題組此前研究表明,延長高溫(30℃持續13天)將會導致擬南芥PTGS (Posttranscriptional Gene Silence, 轉錄後基因沉默)tasiRNA的生物發生出現確定性的抑制甚至傳代抑制。並通過一個盒子的免疫受體NRG1的研究揭示了高溫通過降低一種對siRNA生物發生至關重要的植物特異性RNA結合蛋白SGS3 (SUPPRESSOR OF GENE SILENCING 3)含量來解除轉基因引起的PTGS,並表現出傳代記憶效應(PNAS, 2013)。然而,熱應激的記憶如何建立並傳遞給後代以及其他表型是否受到影響很大程度上仍然未知,有些高溫響應能通過減數分裂傳遞給下一代植株,即使後代沒有受到逆境影響,仍然具有記憶標記,但其中具體的機制尚不清楚。


中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所何祖華課題組與中國科學院遺傳與發育生物學研究所曹曉風課題組合作在國際權威學術期刊Cell Research上發表題為“An H3K27me3 demethylase-HSFA2 regulatory loop orchestrates transgenerational thermomemory in Arabidopsis”研究論文,該研究發現熱誘導通過組蛋白去甲基化酶,轉錄因子和tasiRNA的協調表觀遺傳網絡,傳遞表型以確保繁殖成功和傳代應激適應,揭示了一個正向反饋循環途徑維持植物對高溫的傳代記憶的新機制。植生生態所何祖華研究組/王二濤研究組博士後劉軍鐘、何祖華研究組博士生馮麗麗、顧雪婷,遺傳與發育所曹曉風研究組副研究員鄧嫻為該論文的共同第一作者。

二、研究內容及結果


➤ 1、 tasiRNAs受抑制介導擬南芥早開花和免疫抑制的傳代記憶

課題組研究發現高溫促使擬南芥提早開花,抑制對丁香假單胞菌(Pseudomonas syringae) Pst DC3000 (avrRpt2)的抗病性與高溫解除PTGS一樣,也可以傳遞給下一代,即這些性狀具有傳代記憶效應。此外,實驗人員觀察到高溫介導SGS3蛋白的降低從而抑制ta-siRNAs的合成與擬南芥早開花和免疫抑制的傳代記憶呈正相關。

Fig. 1 Heat-induced transgenerational degradation of SGS3 accelerates flowering but attenuates immunity.

➤ 2、SGIP1靶向SGS3參與其降解

科研人員通過免疫共沉澱Co-IP,生物化學和遺傳學相結合的方法,鑑定出一個F-box泛素連接酶SGIP1 (SGS3-INTERACTING PROTEIN1) 結合併參與降解SGS3蛋白。同時觀察到高溫對SGIP1的上調表達同樣具有傳代記憶。

Fig. 2 SGIP1 mediates thermomemory degradation of SGS3

➤ 3、 HSFA2結合SGIP1啟動子上調其表達

隨著對傳代記憶機制的進一步深入研究,科研人員發現高溫能使熱激轉錄因子HSFA2 (HEAT SHOCK TRANSCRIPTION FACTOR A2) 激活,以基因敲除植株為材料,通過體外實驗,ChIP-qPCR方法發現激活的HSFA2直接與SGIP1啟動子上的熱激轉錄元件結合,使得SGIP1的表達激活,進而通過靶定並降解SGS3蛋白,導致ta-siRNAs的產生受到抑制。

Fig. 3 HSFA2 activates SGIP1 transgenerationally through binding to its promoter.

➤ 4、H3K27me3去甲基化調控HSFA2的傳代上調

體外研究實驗發現HSFA2直接結合H3K27me3去甲基化酶REF6 (RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6),高溫能夠誘導REF6表達上調,且具有傳代標記,REF6招募染色質重塑因子BRM (BRAHMA) ,同時高溫能夠促使HSFA2直接結合到BRM啟動子上的熱激轉錄元件從而激活BRM的表達。 REF6和BRM的上調表達能反過來降低HSFA2位點上的H3K27me3修飾水平,從而降低H3K27me3對HSFA2轉錄的抑製作用。 REF6和HSFA2形成了一個正向反饋循環途徑維持植物對高溫的傳代記憶。

Fig. 4 H3K27me3 demethylation controls transgenerational upregulation of HSFA2.

➤ 5、REF6-HSFA2循環與ta-siRNAs合成下降上調HTT5表達誘導傳代表型

進一步研究表明REF6-HSFA2反饋循環和ta-siRNAs合成下降的共同作用,上調了REF6/BRM/HSFA2和ta-siRNAs的共同靶標HTT5 (HEAT-INDUCED TAS1 TARGET 5)的表達,導致植物的早開花和感病性增加的表型。

Fig. 5 HTT5 coordinates thermomemory phenotypes via reduced tasiRNAs and the REF6-HSFA2 loop.

文章小結

該研究揭示了一個由組蛋白去甲基化酶、染色質重塑因子、轉錄因子、泛素連接酶和小分子RNAs共同組成的複雜的表觀調控網絡參與植物對高溫的傳代記憶,促使植物提前開花(早結種子)同時以降低抗病性為代價來保證植物能順利繁衍和適應高溫逆境。

解析文獻

An H3K27me3 demethylase-HSFA2 regulatory loop orchestrates transgenerational thermomemory in Arabidopsis


參考文獻

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2019年10月1日 星期二

文獻│華中農業大學科學家成功繪製玉米高分辨三維基因組圖譜




題目:Chromatin interaction maps reveal genetic regulation for quantitative traits in maize
期刊:Nature Communications
ABclonal產品:H3K4me1(A2355)H3K4me3(A2357)H3K27ac(A7253)H3K27me3(A2363)
物種:玉米
應用:Long-read ChIA-PETCHIP-Seq



一、研究背景

玉米是世界上最重要的糧食作物之一,研究表示,玉米基因組大部分區域都為非編碼區,且QTLGWAS分析結果顯示,玉米品種的表型差異大部分都來源於非編碼區序列的遺傳變異,非編碼序列通過參與基因的表達調控而影響表型。如目前在玉米中鑑定到的青花素合成基因B1,株型基因TB1,以及開花期基因ZmCCT9vgt1,都受到非編碼區序列的調控。然而,玉米的非編碼區調控元件調控目的基因表達的分子機理目前還不清楚。

真核生物中,順式調控元件可以與同一染色體上的其他區域(即使線性結構上相隔很遠)發生互作,形成DNA環,並調控該位點的基因表達。因此,染色質的互作模式對於解析基因的表達調控非常重要。三維基因組學是一門專門研究染色體空間結構以及染色質互作的學科。常用的研究方法有Hi-C和CHi-PET等,其中,Hi-C是一種非靶向的研究方法,能夠研究基因組內所有的互作,但是其分辨率較低CHi-PET能夠研究某個特定蛋白所介導的染色質互作,雖然所得到的數據量較Hi-C少,但是分辨率更高,適用於研究某個特定蛋白所介導的染色質互作。


華中農業大學李興旺教授,嚴建兵教授和李國亮教授團隊合作,首次利用Long -read   ChIA-PET技術,解析了玉米活躍表達基因中的順式調控元件所參與的染色質互作,該結果揭示了玉米染色質互作調控基因的表達進而影響表型變異的潛在機理。華中農業大學博士研究生彭勇和熊丹為論文的共同第一作者。

二、研究內容及結果


1、CHiA-PET研究了H3K4me3和RNA聚合酶所介導的基因組遠程互作

本研究首先利用RNA聚合酶II (RNA Polymerase II )和不同組蛋白修飾的CHIP-seq數據,定義了玉米品種B73的功能性DNA順式調控元件。並結合RNA-seq數據,研究了這些調控元件在基因表達中的作用。同時利用MNase測序數據和DNA甲基化數據定義了遠程順式調控元件,並鑑定到了遠程調控元件中保守的DNA motif。高豐度的H3K4me3修飾和RNAPII結合(RNAPII occupancy)是基因活躍表達的重要特徵之一,作者利用H3K4me3抗體(ABclonal提供,A2357 )RNAPII的抗體進行了Long-read ChIA-PET實驗,結果鑑定到了H3K4me3所介導的染色質互作49766個, RNAPII 介導的染色質互作25002個。綜合兩個ChIA-PET數據,共檢測到28875個基因啟動子和基因啟動子互作用(Promoter proximal region interactionPPI),9152個遠程順式調控元件和基因啟動子的相互作用(啟動子近端和遠端相互作用,PDI)。

Figure 1. Characterization of RNAPII and H3K4me3 ChIA-PET data in maize seedlings

➤2、eQTL控制eTrait與基因組遠程互作有關

將基因的表達水平(eTraits)作為表型進行QTL定位,可以鑑定到控制該eTraiteQTL,對前期B73Mo17重組自交系群體中鑑定到的eQTLeTrait數據進行了分析,結果顯示,eQTLeTrait發生基因組遠程互作的機率顯著高於隨機區域(Figure 2b,2d),這說明eQTL可能通過基因組遠程互作調控基因的表達(eTrait),基於此,作者提出了eQTL調控基因表達的染色質互作模型(Figure 2i)。

Figure 2. Regulation of eQTLs to their associated genes mediated by chromatin interactions.


➤3、染色質互作影響玉米的表型


研究人員發現參與染色質互作的DNA順式調控元件在農藝性狀和代謝產物相關QTL中顯著富集(Figure 3d)。比如一個開花相關QTL被定位在了開花基因ZmCCT9上游57 Kb處的一個轉座子元件處,該轉座子能抑制ZmCCT9的表達從而促進開花,而本研究鑑定到了一對分別錨定在ZmCCT9啟動子和該轉座子遠端元件的互作(Figure 3e)。另外, vgt1是另一個被定位在基因間區的開花相關QTL,本研究結果顯示,vgt1附近的一個調控元件能和其上游70 Kb處的ZmRap2.7發生明顯互作(Figure 3f)。這些結果表明,玉米基因組中的遠端調控元件可能通過染色質互作,影響下游靶基因的表達進而產生表型變異。


Figure 3. Chromatin loops connect QTLs to the genes causing phenotypic changes.

文章小結


基因的表達調控一直是生命科學領域最重要的研究方向,染色質互作是基因表達調控的重要方式,但是在之前的研究中較少涉及。本研究利用最新的三維基因組的研究方法,繪製了玉米苗期活躍表達基因的順式元件的三維互作模式,該結果對於玉米基因表達調控研究具有重要作用,進而對玉米複雜數量的解析提供了線索。


三、表觀抗體案例展示




參考文獻

1. Noonan, J. P. & McCallion, A. S. Genomics of long-range regulatory elements. Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 11, 1–23 (2010).
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2019年9月6日 星期五

文獻|Cell刷新科學界對RNA結合蛋白新的認知


題目:Pervasive Chromatin-RNA Binding Protein Interactions Enable RNA-Based Regulation of Transcription
期刊:Cell
產品:FIP1L1 antibody (A5016)
物種:人
應用:ChIP-Seq

一、研究背景


RNA結合蛋白(RNA Binding ProteinRBP)在轉錄後的剪接加工、修飾、轉運、細胞定位、穩定性、翻譯和降解等RNA代謝過程中發揮著重要的調控功能,但近來對RNA可交聯蛋白質的觀察揭示了大量的經典和非經典RBP。目前已知一些典型的DNA結合蛋白能夠結合RNA,現已擴展到許多轉錄因子(Transcription Factors , TFs),例如CTCF; DNA損傷修復酶,例如XRCC5 / Ku80,以及轉錄複合物,例如PRC2。保守估計人類基因組目前編碼的RBPs多達1500種,鑑於哺乳動物細胞中存在如此巨大的RBP庫,現在需要研究和探索它們新的功能。而且越來越多的證據表明,轉錄調控和染色質活性在很大程度上涉及調節類的RNA,儘管多個RBPs與轉錄調控有關,但其在轉錄水平的調控功能和機制尚不清楚。

武漢大學肖銳研究員與美國加州大學聖地亞哥分校(UCSD)付向東教授課題組研究成果榮登國際頂級期刊Cell雜誌,該研究刷新了我們對RNA結合蛋白的傳統認知,揭示RNA結合蛋白是一類新的轉錄因子或輔助因子的新概念,可通過RNA依賴的染色質相互作用直接參與轉錄調控,開闢了RNA結合蛋白功能研究的新領域。肖銳研究員為共同第一作者和通訊作者,加州大學聖地亞哥分校陳加餘博士和梁徵宇博士為共同第一作者,付向東教授為共同通訊作者。該論文的共同作者還包括武漢大學周宇教授和羅大極副教授、清華大學魯志教授、張奇偉教授和陳陽助理研究員、廈門大學劉文教授、美國MIT Christopher Burge教授、UCSD Gene Yeo教授和康涅狄格大學Brenton Graveley教授和加拿大蒙特利爾大學Eric Lecuyer教授。

二、研究結果與內容


1RNA結合蛋白與染色質有廣泛的相互作用


針對特定RBP參與轉錄和共轉錄RNA加工的這一新興領域,付向東等團隊參加了ENCODE項目,分別在HepG2K562細胞上挑選了有特異性抗體且有核定位的5845RBP,並通過ChIP-seq(染色質免疫沉澱測序)技術大規模檢測,肖銳研究員等意外地發現約60%RNA結合蛋白與染色質有廣泛的相互作用,並且放大在基因啟動子和增強子區域。

Figure 1.General Features of Chromatin-Associated RBPs.


2RBP啟動子結合活性的特異性和保守性


該研究目前只檢測了人類基因組中不到5%RNA結合蛋白(目前RBPs大概有1500種),卻發現約40%的活性染色質區域和約80%的活性啟動子區域都存在RNA結合蛋白的特意性結合,這提示RNA結合蛋白在染色質水平存在著廣泛的功能和作用。

Figure 2.Distinct RBP-Chromatin Interaction Patterns on Different Promoter Classes.


3、啟動子相關RBPs在不同基因表達水平中的作用

作者在HepG2細胞中進行RBP基因剔除,比較基因表達在穩態前後的變化,通過GRO-seqGlobal Nuclear Run-On測序)技術和RNA-seq技術發現野生型細胞系大多數RBP與啟動子的相互作用與靶基因轉錄活性相關,基因剔除後,幾乎所有的RBP都在穩定狀態下影響基因表達。為了進一步判斷誘導基因表達是否與他們的啟動子相關,作者通過GRO-seq證實至少有6RBP(RBM22, XRCC5, RBM25, HNRNPK, HNRNPLL U2AF1)直接參與了轉錄調控過程。
Figure 3.Correlation between RBP-Promoter Interaction and Gene Expression.

4RBPsTFs在人類基因組中的交互作用

通過NMFNegative Matrix Factorization)方法進一步分析獲得的高質量RBPs ChIP-seq數據與相同細胞系中可利用的TFs ChIP-seq數據,揭示了許多共同結合事件,從而為TFsRBPs的協同作用提供了證據。此外,研究發現RBPs如同TFs一樣偏向於結合人類基因組中HOTHigh-occupancy Target)區域。


Figure 4.Integrated Analysis of Chromatin-Associated RBPs and TFs in HepG2 Cells

5YY1RBM25在轉錄中的功能協同作用


該研究重點闡釋了RNA結合蛋白RBM25(參與剪接調節的RBP)通過調控轉錄因子YY1(已知的RNA依賴性TF)與染色質的結合,進而調控染色質結構和轉錄激活與抑制的分子機制, RBM25耗竭減弱了所有YY1依賴性活性,包括染色質結合,DNA環化和轉錄,全面展示了特異性的RNA結合蛋白介導的轉錄因子YY1的功能調控作用。

Figure 5.Co-regulation of Gene Expression by YY1 and RBM25 in HepG2 Cells.

文章小結

該研究通過大規模RNA結合蛋白 ChIP-seq分析,證實了RNA結合蛋白廣泛存在於人類基因組中的活躍染色質區域。與轉錄因子一樣,RNA結合蛋白同樣顯示出對基因組中HOT區域的強烈偏好,特別是基因啟動子,其中它們的關聯通常與轉錄輸出相關。同時發現提出了RNA結合蛋白作為轉錄因子或輔助因子調控轉錄的新概念,開闢了RNA結合蛋白功能研究的新領域,刷新了我們對RNA結合蛋白的傳統認知。


三、RBP抗體案例展示


文獻參考

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