Nature|转录因子NRF1结合和DNA甲基化的竞争性抑制
- 2019 年 11 月 14 日
- 笔记
这篇论文英文标题 ：Competition between DNA methylation and transcription factors determines binding of NRF1。转录因子(TF) 通过结合基因启动子上的
motif从而调控基因的表达活性。在靶基因的启动子的motif上含有CG位点，常常会被DNA甲基化修饰。那么这些位点甲基化的改变是否影响转录因子的结合。这项研究使用DNase-I-hypersensitive sites（DHS）分别在DNA甲基化缺失突变体和野生型进行测序。研究发现很多TF的motif上富集了CpG甲基化位点，如转录因子NRF1。本实验设计是研究DNA甲基化和转录因子结合的竞争关系，使用技术有ChIP-seq,BS-seq,DHS-seq。
突变DNA甲基化酶暴露新的转录因子结合位点
目前已经报道了一些转录因子可以结合甲基化的区域，如转录因子REST和CTCF，并且导致结合位点发生去甲基化。本研究作者使用Dnmt3a,Dnmt3b和Dnmt1三突突变体，在突变体背景下，全基因组的DNA甲基化水平发生了下降。通过DHSs-seq测序，DNA甲基化低的区域往往也有DHS-seq信号存在(图1a)，为很强的负相关。通过对比DNA甲基化TKO突变体和野生型，作者鉴定了野生型特异和突变体特异的DHS区域（图1b）。作者分别鉴定了TKO（triple knockout)特异和野生型(WT)特异的DHS区域，衡量了其甲基化水平。发现TKO特异DHS区域其本底(野生型)甲基化水平非常高(图1c)，也暗示了一些高甲基化区域发生了去甲基化，形成了DHS结合位点。作者接下来分析了不同的转录因子motif在TKO特异背景下的存在比率(图1d)，发现了其想研究的NRF转录因子（图1d和e）。
图1(R包ggseqlogo |绘制序列分析图)
NRF1ChIP显示TKO背景下产生新的靶点
作者因此以NRF1为研究对象，使用带NRF1抗体的CHIP-seq鉴定到了7000个NRF1的潜在结合位点。如图2a, 野生型中该区域不表达，然而TKO突变体中这里发生了转录（图2a）。DHS-seq也显示该位点富集了更多的DHS-seq reads。图2b是比较了野生型中NRF1 binding和TKO背景下NRF1的binding，可以看到TKO中多出了很多NRF1的binding位点（图2b）。且DHS-seq 和Chip-seq信号的比值呈现正相关。此外作者还发现新出现的NRF1的binding位点在基因距离较远，序列保守型更低（图2d，h）。图2f显示TKO-specific的DHS区域通常引起基因表达的改变。图2g发现本底DNA甲基化水平高的NRF1 binding位点，更容易引起表达的改变（图2g）。
NRF1的结合抑制denovo的甲基化
为了测试NRF1的结合是否会抑制该区域产生de novo的甲基化。作者进行了kinase inhibitors处理。这项处理能增加Dnmt1基因的表达，提高DNA甲基化的水平。图3a中，通过了2i（after serum）处理，一些区域DNA甲基化水平提高了，随着响应的NRF1 结合的信号减弱了。图3b和图3c是相关性分析。发现2i处理后，NRF1的binding区域和未处理高度一致。
图3（一文看懂PCA主成分分析）
转录因子如NRF1经由介导去甲基化结合到无甲基化的motif
作者使用实验验证。图4a、b、c中左侧部分是BS-seq的数据，右侧部分是转录因子的Chip-PCR。其变量分别是甲基化水平高低、是否含有转录因子结合motif，以及在motif上进行点突变。研究结果显示，含有motif且低甲基化水平的位点会被转录因子结合。这篇paper加深了我们对DNA甲基化对转录调控的认识。
图4
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