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.2015年3月31日；43(6):3056-67.
doi:10.1093/nar/gkv144。 Epub 2015年3月3日。

粘蛋白-SA1对两种小鼠组织中基因表达和染色质结构的贡献

安娜·卡德拉多 1, 西尔维娅·雷梅塞罗 1, 奥斯瓦尔多·格拉尼亚 2, 大卫·G·皮萨诺 2, 安娜·洛萨达 三
附属公司

粘蛋白-SA1对两种小鼠组织中基因表达和染色质结构的贡献

安娜·卡德拉多等。 核酸研究. .

摘要

在体细胞脊椎动物细胞中由SMC1、SMC3、RAD21和SA1或SA2组成的凝集素介导高阶染色质组织。为了确定凝集素如何促进组织特异性转录程序的建立，我们比较了成年小鼠大脑皮层和胰腺的全基因组凝集素分布、基因表达和染色质结构。两种组织中超过三分之一的凝集素结合位点不同，这些位点与CCCTC-结合因子（CTCF）的重叠减少，并且在组织特异性基因的调控区域富集。活性增强子和启动子上的凝集素/CTCF位点至少包含凝集素-SA1。对原钙粘蛋白（Pcdh）和再生胰岛衍生（Reg）基因簇的染色质接触分析表明，这些基因簇分别在大脑和胰腺中表达，存在与凝集素相关的显著差异。当比较野生型和SA1缺失胚胎的大脑时，我们无法检测到Pcdh基因座染色质接触的显著变化。相反，SA1剂量的减少改变了Reg基因座的结构，并降低了SA1杂合小鼠胰腺中Reg基因的表达。鉴于Reg蛋白在炎症中的作用，这种减少可能有助于在这些动物中观察到的胰腺癌发病率的增加。

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数字

图1。
图1。
基因组凝集素的大部分位置是组织特异性的。(A类)ChIP-seq获得的10周龄小鼠大脑皮层和胰腺中凝集素SMC1和SA1位置的数量。进行了两个重复，对应于包含至少三个人组织的独立实验。(B类)维恩图显示了每个组织中以及组织之间SMC1和SA1位置的重叠。对于凝聚素和CTCF峰（参见补充图S1），重叠被定义为至少50%峰长上的相互重合。(C类)UCSC基因组浏览器图像显示了分别位于11号和15号染色体的皮层特异性（上图）和胰腺特异性（下图）粘着蛋白位置。ChIP-seq数据（y轴）的值被标准化为输入。
图2。
图2。
内聚蛋白在活性转录基因的启动子处富集。(A类)通过RNA-seq测定10周龄小鼠大脑皮层（左）和胰腺（右）的转录谱。为每个组织选择组织特异性基因（详见正文），并通过基因本体分析进一步确认。(B类)大脑皮层（上部面板）和胰腺（下部面板）中特异表达的基因在TSS（±6 kb）周围的凝集素分布被定义为峰值频率（%）。显示了SMC1和SA1分布。(C类)用RNA-seq表征E17.5胚胎野生型和SA1缺失脑（KO）之间的基因表达变化（FDR<0.05）。(D类)在SA1基因缺失的胚胎大脑中，发现TSS周围的内聚蛋白分布下调（左）和上调（右）。
图3。
图3。
凝集素存在于活性启动子和增强子中。(A类)利用隐马尔可夫模型（HMM）对成人皮层进行染色质分析，根据不同染色质标记（H3K4Me1、H3K4Me3、H3K27Me3、H3G27Ac）、CTCF和凝集素SMC1和SA1的观察频率，定义了13种染色质状态（以不同颜色显示）。左边表格中的数字对应于在与染色质状态相对应的基因组位置上发现给定标记的频率，在中间标注并分配了颜色代码。绿色阴影表示强度（0–100）。基因组%表示每个染色质状态对应的基因组百分比。右边的列显示了皮质和胰腺特异性启动子（如图2所选）以及皮质和小胰岛素增强子（如（9）所定义）中每个染色质状态的功能富集。（*）名为“CTCF&CohesinSA1”的州至少含有粘蛋白-SA1，但也可能含有粘蛋白S-A2。(B类)根据RNA-seq获得的表达水平将基因分为四分位，如下所示：Q1，FPKM=0(n个=18 361），无表达；Q2，0<FPKM≤0.296312(n个=7316），低表达；Q3，0.296312<FPKM≤6.032485(n个=9315），中度表达；第4季度，FPKM>6.032485(n个=9316），高表达。所示染色质状态的频率显示为包含表达基因的四分位数（Q1-Q3）。AP，活性启动子；APC，具有粘着蛋白的活性启动子；APCC、含凝集素的活性启动子和CTCF；PR，Polycomb被压制。(C类)大脑皮质染色质标记与皮质特异性和非特异性（“常见”）凝集素和CTCF位置之间成对重叠的热图可视化。正文中提到的比较用彩色矩形突出显示。
图4。
图4。
成人皮层和胰腺中Pcdh基因座的染色质结构。(A类)包含小鼠Pcdhα、β和γ簇的染色体18qB3区域的详细信息。HS5–1和HS16–20增强子区域如图所示。(B类)上面板：在主趋势子面板中使用20-kb窗口大小，通过4C-seq检测大脑皮层和胰腺中的染色质相互作用。红色箭头表示视点位置。中间和底部面板分别显示了凝聚力位置（由ChIP-seq定义）和基因表达（由RNA-seq获得）。
图5。
图5。
成人大脑皮层和胰腺Reg位点的染色质结构。(A类)用来自野生型和SA1杂合小鼠（每个基因型两个个体）胰腺中的SA1和Rad21抗体通过免疫印迹法检测粘蛋白水平。GAPDH用作加载控制。(B类)表中显示了10周龄野生型和SA1杂合小鼠胰腺中四个差异表达的基因（FDR<0.15）。(C类)通过RT-qPCR验证Reg基因的转录变化。对每种情况下的至少三个人进行了分析。一个双尾学生的t吨-进行了测试。数据显示为平均值±SEM（平均值的标准误差）。(D类)在Reg位点标记的位点上，凝集素SA1和SMC1的数量(E类)通过ChIP-qPCR对野生型和SA1杂合小鼠胰腺进行分析。每个条件下至少使用四只动物进行分析。（E） ChIP-seq测定的皮质和胰腺中Reg基因座的内聚蛋白分布。还显示了CTCF结合位点。黑线指定（D）中使用的引物对（1、2和3）的位置。下面的面板显示了4C-seq对野生型和SA1杂合小鼠胰腺中Reg基因座的三维结构的分析。主趋势对应于5kb的窗口大小。显示了视点（VP2）的位置（绿色箭头）。
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