人肝癌和乳腺癌中p53调控增强子的识别与功能研究

摘要

增强子作为顺式调控元件，在不受距离和方向的限制下，可以通过募集转录因子来控制转录调控。然而，尚不清楚p53是如何参与到肝癌和乳腺癌中的增强子网络中。首先，通过整合分析CAGE和GRO-seq数据，在HepG2细胞中总共得到14,286个转录稳定和不稳定增强子RNA(eRNA)的活性增强子。其次通过分析HepG2细胞中的p53ChIP-seq，共识别到218个p53结合的增强子(Enhp53)。结果表明Enhp53表达量和组蛋白修饰信号(H3K4me1，H3K4me2，H3K4me3，H3K9ac和H3K27ac)都显著高于Enhno-p53，表明p53参与调节增强子活性和染色质结构。通过分析来自ENCODE的124个TFChIP-seq，共有93个TF在Enhp53(例如GATA4，YY1和CTCF)上显著富集，表明p53可能与这些TF参与共同调节增强子。此外，通过分析小RNA-seq和RNA-seq，鉴定差异表达的438个miRNA和1,264个mRNA，通过整合3D基因组数据和基因组距离，共鉴定出26个Enhp53-miRNA和145个Enhp53-mRNA。最后,功能富集分析表明这些miRNA靶基因和mRNA显著地参与肿瘤生物学过程和信号通路，例如DNA复制，p53信号通路，乙型肝炎，粘着斑等。　　与HepG2相似，通过整合多组学数据，识别了乳腺癌MCF-7细胞中459个p53调控的增强子(Enhp53)。通过比较特征，结果表明Enhp53的表达量以及组蛋白修饰信号H3K4me1、H3K4me2、H3K4me3、H3K9ac、H3K27ac均显著高于未结合p53的增强子(Enhno-p53)。通过分析76种TF的ChIP-seq数据共发现了36个与p53协同调控增强子的TF，如GATA3、FOXA1以及DPF2。通过分析Nutlin处理前后的RNA-seq，在近端和远端两个层面上共识别了148对Enhp53调控的差异表达的靶基因，其中FOS基因受两个增强子调控并显著影响乳腺癌患者总生存时间。功能富集分析发现Enhp53靶基因在DNA损伤、细胞凋亡以及p53介导的肿瘤信号通路中显著富集。上述结果表明Enhp53与Enhno-p53存在显著特征区别，且p53通过协同其它TF共同结合在Enhp53上从而参与乳腺癌生物进程与信号通路中。　　本文通过对肝癌和乳腺癌细胞中Enhp53特征以及功能进行研究，结果表明Enhp53具有更强的活性以及更强的TF结合能力。这一结论为进一步研究多种癌症多种细胞中p53的作用机制以及调控网络提供理论依据和方法基础。

目录

声明

英文缩写词对照表

1.1 增强子

1.1.1 增强子的结构与功能

1.1.2 增强子的表观遗传学特征

1.1.3 增强子和疾病

1.2 增强子转录

1.2.1 增强子 RNA的特征

1.2.2 增强子 RNA的功能

1.2.3 增强子 RNA与癌症

1.3 p53

1.3.1 p53的结构与功能

1.3.2 p53参与增强子调控

1.3.3 p53、增强子与癌症

1.4 microRNA

1.4.1 microRNA结构与功能

1.4.2 microRNA与增强子

1.4.3 microRNA与癌症

1.5 本课题的研究目的、研究内容及创新点

1.5.1 课题的研究目的与意义

1.5.2 本课题研究内容

1.5.3 本课题的创新点

第 2 章. HepG2细胞中 DNA 损伤诱导的 p53调控增强子的识别与功能研究

2.1 材料与方法

2.1.1 GRO-seq，ChIP-seq，Hi-C等多种数据来源

2.1.2 HepG2细胞中活性增强子的识别

2.1.3 HepG2细胞中拓扑结构域的识别

2.1.4 HepG2细胞中 Enhp53的识别

2.1.5 Enhp53组蛋白、TF和 TF模体分析

2.1.6 miRNA和 mRNA的差异表达分析

2.1.7 识别 Enhp53调控的差异表达的 miRNA

2.1.8 识别 Enhp53调控的差异表达的 mRNA

2.1.9 受 Enhp53调控的 miRNA和 mRNA的功能分析以及生存分析

2.2 结果与分析

2.2.1 DNA损伤诱导下的 HepG2细胞中活性增强子的识别

2.2.2 HepG2细胞中 Enhp53的组蛋白修饰分析

2.2.3 HepG2细胞中 Enhp53的 TF结合分析

2.2.4 DNA损伤下 Enhp53调控差异表达 miRNA和 mRNA 的识别

2.3 讨论

2.4 本章小结

第3章. 乳腺癌MCF-7细胞中p53调控增强子的特征与功能分析

3.1 材料与方法

3.1.1 MCF-7细胞中 RNA-seq，ChIP-seq以及其他数据来源

3.1.2 MCF-7细胞中 p53 ChIP-seq分析

3.1.3 Enhp53的识别

3.1.4 Enhp53调控差异表达的 mRNA的识别

3.1.5 受 Enhp53调控的 mRNA的功能分析及生存分析

3.2 结果与分析

3.2.1 MCF-7细胞中 Enhp53的识别

3.2.2 MCF-7细胞中 Enhp53 的组蛋白修饰分析

3.2.3 MCF-7细胞中 Enhp53的 TF结合分析

3.2.4 MCF-7细胞中 Enhp53调控差异表达的 mRNA的识别

3.3 讨论

3.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文