全基因组增强子调控网络的识别与特征分析

摘要

增强子可以作为顺式调节元件(Cis-Regulatory Elements，CREs)通过组织特异性/非组织特异性的方式调节基因表达来调控细胞发育和细胞功能。先前研究表明活性增强子通过招募转录因子与RNA聚合酶Ⅱ从而生成增强子RNA(enhancer RNA，eRNA)。然而，各个组织中的不同类型的增强子（例如转录的/非转录的增强子，组织特异性/非组织特异性增强子）的调控网络和特征目前仍不清楚。
　　本研究通过整合蛋白修饰（H3K4me1，H3K27ac和H3K4me3）和DNaseⅠ高敏感位点(DNaseⅠ hypersensitive site，DHS)数据，在肾上腺，脑，乳腺，心脏，肝脏，肺，卵巢，胎盘，骨骼肌和肾10个组织中共识别了53924个活性增强子和10307个增强子RNA。我们发现增强子在所有组织中表现出显著的组织特异性，其中绝大多数增强子(83.4％)没有产生转录本。我们还发现增强子更倾向于表达1D-eRNA（增强子的单向转录本）而不是2D-eRNA（增强子的双向转录本），大多数增强子RNA属于长非编码RNA(longnon-conding RNA，lncRNA)(69.8％)和假基因(22.19％)。此外，增强子在所有组织中表现出高保守性，高GC含量和大量的基因组突变，并且这些特征在EnhTS（组织特异性增强子）和EnhUE（非组织特异性增强子），EnheRNA（转录增强子）和Enhno-eRNA（非转录增强子），Enh2D-eRNA（双向转录增强子）和Enh1D-eRNA（单向转录增强子）之间存在显著差异。我们还发现转录因子结合位点(TFBS)显著富集在增强子中心±500bp内，EnheRNA和EnhUE的TFs的富集程度显著高于Enhno-eRNA和EnhTS。此外，我们还发现增强子能显著调控与组织功能相关的临近靶基因的表达。为了探明正常与肿瘤组织中增强子调控特性，我们还通过对肺癌上皮细胞系A549特有的增强子上调的靶基因的功能注释，发现A549特有增强子上调的靶基因显著参与细胞分裂、上调细胞增殖和负调控细胞凋亡等生物进程，并在泛素介导的蛋白水解、肌动蛋白细胞骨架调节和cGMP-PKG信号通路等通路中发挥作用。最后，我们建立了一个免费且界面友好的组织特异性增强子数据库TiED（http://lcbb.swjtu.edu.cn/TiED）来存储这10个组织的增强子的所有数据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 增强子

1．1．1 增强子结构与功能

1．1．2 表观遗传学特征与增强子

1．2 增强子RNA

1．2．1 增强子对RNA的定义

1．2．2 增强子RNA的特征及其他转录单元

1．2．3 增强子RNA的功能

1．3 增强子转录与疾病

1．3．1 增强子RNA、R-loop和基因组稳定性

1．3．1 增强子突变

1．4 本课题创新点

第2章 10个组织中增强子的识别及组织特异性分析

2．1 材料与方法

2．1．1 人10个组织组蛋白修饰数据及其他数据来源

2．1．2 各个组织增强子的识别

2．1．3 EnhTS、EnhUE、EnhOth的识别

2．1．4 Enh2D-eRNA、Enh1D-eRNA、Enhno-eRNA的识别

2．1．5 增强子对RNA表达量分析与注释

2．1．6 增强子保守性与motif分析

2．1．7 增强子GC含量分析

2．1．8 组织特异性转录因子识别

2．1．9 增强子上转录因子结合位点识别

2．1．10 增强子靶基因表达量及特异性

2．1．11 增强子突变位点的识别

2．2 结果与分析

2．2．1 人10个组织中增强子识别

2．2．2 增强子RNA的识别及增强子分类

2．2．3 10个组织中增强子保守性分析

2．2．4 10个组织中增强子GC含量分析

2．2．5 转录因子在10个组织中增强子上的富集分析

2．2．6 10个组织中增强子突变分析

2．2．7 10个组织中增强子靶基因预测及分析

2．2．8 10个组织中增强子及其靶基因功能分析

2．2．9 组织特异性增强子-转录因子-靶基因调控网络

2．2．10 人组织特异性增强子数据库构建

第3章 A549和NHLF中增强子识别及差异分析

3．1 材料与方法

3．1．1 A549和NHLF组蛋白修饰数据及其他数据来源

3．1．2 A549和NHLF中增强子的识别

3．1．3 A549和NHLF中EnheRNA、Enhno-eRNA的识别

3．1．4 A549和NHLF中增强子靶基因及差异表达分析

3．2 结果与分析

3．2．1 A549和NHLF中增强子识别

3．2．2 A549和NHLF中增强子RNA的识别及增强子分类

3．2．4 A549和NHLF中靶基因及功能分析

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文