Distinct epigenomic landscapes of pluripotent and lineage-committed human cells

doi:10.1016/j.stem.2010.03.018

.2010年5月7日；6(5):479-91.

doi:10.1016/j.stem.2010.03.018。

多潜能和谱系承诺人类细胞的独特表观基因组景观

附属公司

PMID： 20452322
PMCID公司：项目经理2867844
内政部： 2016年10月10日/j.stem.2010.03.018

多潜能和谱系承诺人类细胞的独特表观基因组景观

R大卫·霍金斯等。细胞干细胞. 2010.

.2010年5月7日；6(5):479-91.

doi:10.1016/j.tem.2010.03.018。

附属

¹路德维希癌症研究所，美国加利福尼亚州拉霍亚，邮编92093。

PMID： 20452322
PMCID公司：项目经理2867844
内政部： 2016年10月10日/j.stem.2010.03.018

摘要

人类胚胎干细胞（Human embryonic stem cells，hESCs）与谱系承诺细胞具有相同的基因组，但具有自我更新和多潜能的显著特性。不同细胞中不同的细胞特性归因于其不同的表观基因组，但表观基因组的差异有多大尚不清楚。在这里，我们报告了人胚胎干细胞和谱系承诺细胞中的表观基因组景观截然不同。通过比较人胚胎干细胞和原代成纤维细胞的染色质修饰特征和DNA甲基体，我们发现近三分之一的基因组在染色质结构上存在差异。大多数变化源于抑制性H3K9me3和H3K27me3标记的急剧重新分布，这些标记在成纤维细胞中形成显著膨胀的块。大量潜在的调控序列也显示出染色质修饰和DNA甲基化的高度动态。此外，我们观察到DNA甲基化和染色质修饰之间的新的、上下文相关的关系。我们的结果为研究多能性和细胞命运承诺特性的表观遗传机制提供了新的见解。

PubMed免责声明

数字

**图1。组蛋白修饰形成块状结构**
（A–D）AnnoJ Browser组蛋白修饰和DNA甲基化之间关系的代表性示例快照。特定于绞线的映射标签显示在线的上方（绿色）和下方（红色）。链特异性DNA甲基化（mC）：mCG（黄绿色条）、mCHG（蓝色条）、mCHH（粉色条）。（A） *第300页*(*EP300型*)显示启动子中缺失mCG的位点，启动子中包含H3K4me3，而两种细胞类型的基因体中都包含H3K36me3。（B）在这两种细胞类型中，NLRP基因簇均被H3K9me3包围，IMR90中mCG明显减少。（C） H3K27me3存在于发育转录因子的mCG缺失启动子处*手动1*H3K27me3在IMR90中的扩散解释了与mCG的相关差异。（D） H3K4me1和H3K27ac在*LRP5型*和显示mCG差异的远端部位。（E）用于从输入规范化的ChIP-Seq数据中识别染色质域的ChromaBlocks策略示意图。

**图2。染色质结构域的特征**
（A–B）（A）H3K9me3和（B）H3K27me3域的示例在IMR90中相对于hESC扩展。（C）域跨越的碱基对总数和（D）所有映射染色质修饰的域大小分布。IMR90，白色；人类胚胎干细胞，灰色（E）这两种细胞类型中11种染色质修饰所跨越的人类基因组部分。H3K9me3和H3K27me3域跨越的（F）hESC和（G）IMR90基因组部分。

**图3。不同染色质块的扩增标志着发育基因**
（A） hESC（黑色）和IMR90（白色）中以各种染色质修饰组合标记的启动子数量。补充表S7中可以找到RefSeq基因的精确组合，包括H3K4me3。缩写：K4、H3K4me3；K9、H3K9me3；K27，H3K27me3；无，缺少K4/K9/K27。（B–C）IMR90中获得H3K9me3和H3K27me3的启动子周围的结构域和染色质结构快照，用于（B）*GPC3类*，（C）*POU3F4*、和（D）*PAX3系列*（E）基因本体论-富含由IMR90中的H3K9me3和H3K27me3标记的启动子的生物过程，以及（F）具有这种染色质结构的发育相关基因的例子。

**图4。基因在不同类型染色质结构域中的表达**
（A）与hESC相比，在IMR90中H3K9me3出现、扩展、保持无标记或保持类似标记的启动子的基因表达变化。（B）如（A）所示，但适用于H3K27me3。（C–F）显示（C）H3K9me3外观、（D）H3K9me3扩展、（E）H3K 27me3外观和（F）H3k 27me3扩展的基因快照，如IMR90相对于hESC所观察到的。

**图5。组蛋白修饰与甲基化CG（mCG）的全基因组相关性分析**
（A–D）在2.5kb窗口内计算了（A）H3K4me3和（B）H3K9me3、（C）H3K17me3和（D）H3K 36me3的几个组蛋白修饰相对于输入控制的RPKM变化，并在整个基因组的同一窗口内根据%mCG绘制。图中斑点的密度由热图（右侧）显示。（E）对于H3K9me3（左）、H3K27me3（中）和H3K36me3（右），扩散染色质域被鉴定为IMR90域，与hESC域重叠最多20%。所示为每个域的IMR90与hESC比值%mCG，作为域大小的函数。（F–H）代表性拼接染色质签名。ChromaSig用于同时聚类和对齐ChIP-Seq富集序列的（F）启动子、（G）预测增强子和（H）区域中从两种细胞类型映射的所有11个染色质修饰。左边是为每个簇恢复的染色质特征，右边是聚类后附加的%mCG轨迹。组蛋白修饰和%mCGs的富集由heatmap（底部）表示。最右边显示了每个簇中的基因组位点数量。每个修改的平均轮廓绘制在代表性聚类图下方。配置文件与簇ID颜色协调，例如P1（红色）、P3（绿色）、P5（蓝色）、P14（黑色）。

**图6。发育基因表观遗传抑制的不同模式**
（A）染色质修饰和DNA甲基化的快照*华侨城4号*,*SOX2标准*、和*NANOG公司*在hESC和IMR90中，说明了向抑制性表观遗传状态的明显转变。缩写：K4、H3K4me3；K9、H3K9me3；K27，H3K27me3；mC，DNA甲基化。（B） H3K4me3、H3K9me3、H3K27me3和mCG在IMR90相关hESCs中下调2倍的基因启动子处的无监督聚集。相关基因显示在左侧。右侧显示了不同的簇。富集标度显示在热图下方。（C）对IMR90中启动子保持二价（H3K4/K27me3）、获得H3K9me3（H3K4/K27me3至H3K9/K27me2）或失去H3K4me3（H3K4/K27me3至H3Gme3）的基因进行GO分析。

**图7。人胚胎干细胞和诱导多能干细胞抑制性染色质结构的比较**
H3K9me3（左）和H3K27me3（右）的hESC（蓝色）、iPS（红色）和IMR90（黄色）细胞中抑制性染色质结构域的重叠。这些修改的总覆盖范围如下所示。与重编程相关的区域被标记为：iPS重编程区域，定义为iPS和hESC的重叠，但不是IMR90；iPS不变区域，定义为iPS和IMR90的重叠，但不包括hESC；和iPS独有区域。（B） iPS的平均基因分布不变，且iPS独特区域。（C）（顶部）H3K9me3（蓝色）和H3K27me3（黄色）的iPS配置文件与hESC配置文件在整个chr20长度上的RPKM差异。（底部）放大显示iPS和hESC细胞之间存在差异的基因组区域。（D）对于三种类型的iPS区域，H3K9me3（顶部）或H3K27me3域（底部）覆盖的基因启动子数量。（E） JMJD1A（左）和FZD10（右）启动子处抑制性染色质结构的快照，说明iPS和hESC细胞的差异。

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1. Ball MP、Li JB、Gao Y、Lee JH、LeProust EM、Park IH、Xie B、Daley GQ、Church GM。靶向和基因组尺度策略揭示了人类细胞中的基因-体甲基化特征。国家生物技术。2009;27:361–368.-项目管理咨询公司-公共医学
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