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.2008年3月21日；132(6):958-70.
doi:10.1016/j.cell.2008.01.018。

FoxA1将表观遗传标记转化为增强子驱动的谱系特异性转录

马修·卢皮恩 1, 杰罗姆·埃克霍特, 克利福德·A·迈耶, 王千本, 张勇（音）, 魏丽, 杰森·S·卡罗尔, X雪莉·刘, 迈尔斯·布朗
附属机构

FoxA1将表观遗传标记转化为增强子驱动的谱系特异性转录

马修·卢皮恩等人。 单元格. .

摘要

复杂的生物体需要组织特异的转录程序，但对这些转录程序是如何建立的还知之甚少。转录因子FoxA1被认为通过其作为与核小体DNA结合的先驱因子的能力对基因调控做出贡献。通过全基因组定位分析，我们证明FoxA1细胞类型特异性功能主要依赖于染色质的差异募集，主要是在远端增强子而非近端启动子。这种差异性招募导致染色质结构的细胞类型特异性变化以及与谱系特异性转录因子的功能协作。尽管FoxA1具有结合核小体的能力，但其与染色质位点的差异结合取决于组蛋白H3赖氨酸4二甲基化的分布。总之，我们的结果表明组蛋白H3赖氨酸4的甲基化是表观遗传特征的一部分，表观遗传标志定义了染色质中的谱系特异性FoxA1招募位点。FoxA1将这种表观遗传特征转化为染色质结构的变化，从而建立谱系特异性转录增强子和程序。

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数字

图1
图1。FoxA1结合位点的全基因组鉴定揭示了其在乳腺癌细胞E2信号控制中的全局作用
A）FDR1%的重叠分析显示了MCF7细胞中FoxA1或ERα特异性结合位点的数量或这两个因子之间共享的结合位点数量。B）E2上调（左面板）或下调（右面板）基因与20 kb基因TSS内仅ERα（ERα唯一）、FoxA1（FoxA1唯一）、不同位点的两个因子（ERα+FoxA1）或共享位点的两种因子（ER al/FoxA1重叠位点）结合的相关性。在调节基因（t-test p-value≤10-3）与非调节基因（t-test p-value≥10-3）之间观察到显著差异的情况下，会出现折叠变化。C）对原发性乳腺肿瘤中ERα和FoxA1结合位点以及与FoxA1共表达的基因之间的相关性进行了分析（Wang等人，2005年），如B所示。在观察到显著差异的情况下，给出了折叠变化。
图2
图2。FoxA1的细胞类型特异性招募与差异基因表达模式相关
A类)C类is-regulatory element annotation system（CEAS）（Ji et al.，2006）用于确定已知基因在MCF7和LNCaP细胞第8、11和12号染色体内识别的FoxA1结合区的分布。B类)FDR1%的重叠分析显示了MCF7或LNCaP特异性FoxA1结合位点的数量或在两个细胞系之间共享的数量。C类)原发性乳腺（Wang等人，2005）或前列腺（Setlur，SR.，Mertz，KD.，Hoshida，Y.，Demichelis，F.，Lupien，M.，Perner，S.，Sboner，A.，Pawitan，Y.）肿瘤中细胞类型特异性或共享的FoxA1结合位点与与FoxA1共表达的基因之间的相关性。比较FoxA1共表达基因与非共表达基因TSS 20 kb内FoxA1结合位点的出现情况。在观察到显著差异的情况下，会显示折叠变化。
图3
图3。FoxA1细胞类型特异性结合位点也招募核受体ERα或AR，并与乳腺癌和前列腺癌细胞中性类固醇信号的调节相关
A类)富集MCF7细胞（仅限MCF7）或LNCaP细胞（仅LNCaP-）特异性结合位点中心或两种细胞线之间共享的ERE、ERE半位点、FKHR、ARE和ARE半位点。基序（N个基序）的出现被归一化为每个子集中的位点数量（N个结合位点）。B类)维恩图描述了MCF7细胞的FoxA1（红色）和ERα（蓝色）结合位点与LNCaP细胞的FoxA1（绿色）和AR（橙色）结合位点之间的重叠。C类). MCF7细胞中E2或DHT调节基因与FoxA1和ERα结合位点或LNCaP细胞中FoxA1与AR结合位点的相关性。如图1B所示，使用来自染色体8、11和12的激素调节或非调节基因进行分析。在调节基因与非调节基因之间观察到显著差异的情况下，会出现折叠变化。
图4
图4。组蛋白H3赖氨酸4的甲基化模式与细胞类型特异性FoxA1募集相关
A） 从头开始确定FoxA1在其细胞类型特异性或共享结合位点内识别的序列。徽标显示了由从头开始与Transfac FoxA1基质相比，对MCF7（仅MCF7）或LNCaP（仅LNCaP-）细胞特有或两种细胞线（两者）共有的FoxA1结合位点进行分析(http://www.gene-regulation.com/pub/databases.html#transac).B-G公司)通过ChIP-qPCR测定FoxA1招募位点上MCF7细胞（仅MCF7）或LNCaP细胞（仅LNCaP-）特异性或两种细胞系之间共享的H3K9me2（B-C）H3K4me1（D-E）和H3K4me2（F-G）的水平。盒形图是根据三个独立实验获得的数据生成的，这些实验测试了11个MCF7细胞特异性位点、12个LNCaP细胞特异性位点和8个两种细胞类型共有的位点。对非细胞类型特异性位点和其他位点之间的差异进行了统计分析，*：p≤0.05和**：p≤0.01。H）MCF7细胞第8、11和12染色体上H3K4me2水平的ChIP-ChIP分析。使用MAT算法组合并分析了两个独立的ChIP-ChIP实验。比较定位于FoxA1结合位点200 bp中央区域的探针发出的信号，这些位点是MCF7（仅限MCF7）或LNCaP（仅限LNCaP-）独有的，或两种细胞线共享的（两者）（左图）。同样，将含有FoxA1结合的FoxA1识别基序的200bp区域的H3K4me2水平与随机选择的FoxA1-未结合FoxA1的识别基序包含区域进行比较（右图）。显示了MAT给出的H3K4me2水平的平均值+/-S.E.，以及与***对应的p≤0.001的统计显著差异。
图5
图5。FoxA1沉默降低增强子的染色质可及性，但不降低H3K4甲基化水平
A）ERα沉默对FoxA1募集的影响。利用MCF7细胞中8个同时招募ERα和FoxA1的位点，通过ChIP-qPCR监测ERα沉默对ERα和FoxA1招募的影响。western blot也证明siERα降低了ERα蛋白水平（图S16A）。B类)在MCF7和LNCaP细胞中进行了DNaseI敏感性分析，报告了至少三个独立实验中FoxA1沉默引起的百分比变化。C类)FoxA1沉默对三个实验中MCF7和LNCaP细胞DNaseI敏感性测定中结合位点H3K4me1和me2水平的影响，*p≤0.05和**：p≤0.01。D-E）增强子处H3K4me1/me2的存在不足以调节自行车和CCND1号机组在MCF7细胞中。在转染siLuc或siFoxA1（C）的MCF7细胞中，通过ChIP-qPCR检测FoxA1靶基因内或附近的FoxA1招募增强子的H3K4me1/2水平。尽管FoxA1沉默没有调节H3K4甲基化水平，但靶基因的表达显著降低（D）。
图6
图6。H3K4me2在FoxA1向chomatin招募中的作用
A-C公司)KDM1过度表达对H3K4甲基化（A）、FoxA1募集（B）和H3K9甲基化（C）的影响。通过ChIP-qPCR检测对照组或KDM1过表达细胞中H3K4me2和H3K9me2水平以及FoxA1募集。根据16个地点获得的数据生成方框图。一个代表性实验的结果显示了对照组和KDM1过表达细胞之间差异的统计分析，**：p≤0.01。D）显示用空对照质粒或编码KDM1的质粒转染的MCF7细胞中KDM1、FoxA1和Calnexin（对照）水平的蛋白质印迹。E类)E2、DHT或这两种激素调节的基因的具体例子。显示了一个基因，该基因由MCF7细胞中的E2（仅MCF7）、LNCaP细胞中的DHT（仅LNCaP）以及MCF7和LNCaB细胞中的两种激素分别特异性调节。分别使用在MCF7和LNCaP细胞中进行的表达阵列分析来鉴定E2和DHT调节的基因。使用t检验和5×10的p值截止值确定显著调控基因-3ChIP-ChIP中的ERα、AR和FoxA1结合位点与ChIP-qPCR衍生的组蛋白修饰在这些位点上的发生一起被指出。LNCaP和MCF7细胞中的绿色和红色区块分别表示各种因子的富集。白色方块表明KDM1过度表达后，MCF7细胞中ChIPed因子缺乏富集或组蛋白标记减少两倍以上。还显示了ChIP-ChIP在分析的结合位点获得的FoxA1、ERα和AR探针信号的4kb宽视图。所选3个基因的完整探针信号如图S21所示。
图7
图7。表观遗传标记和FoxA1之间的细胞类型特异性相互作用模型，用于建立谱系特异性转录程序
FoxA1招募主要发生在H3K9me2较差但H3K4me1/me2丰富的地区的示意图。H3K4me1/me2可以通过直接的物理相互作用指导FoxA1细胞的类型特异性招募。FoxA1对差异转录程序的调节随后通过与细胞类型特异性（ERα和AR）以及普遍表达（AP-1）转录因子的转录协作实现。
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