跳到主页内容
美国国旗

美国政府的官方网站

Dot政府

gov意味着它是官方的。
联邦政府网站通常以.gov或.mil结尾。之前分享敏感信息，确保你在联邦政府政府网站。

Https系统

该站点是安全的。
这个https（https）：//确保您连接到官方网站，并且您提供的任何信息都是加密的并且被安全地传输。

访问密钥 NCBI主页 MyNCBI主页 主要内容 主导航
.2017年5月5日；356（6337）：eaaj2239。
doi:10.1126/science.aaj2239。

胞嘧啶甲基化对人类转录因子DNA结合特异性的影响

伊蒙·尹 1, 叶卡捷琳娜·莫古诺娃 1, 阿图·乔尔马 1, 埃维·卡西宁 1, Biswajyoti Sahu公司 2, Syed Khund-Sayeed公司 三, Pratyush K Das公司 2, 蒂穆·基维奥亚 2, Kashyap Dave公司 1, 范忠 1, Kazuhiro R Nitta公司 1, Minna Taipale公司 1, 亚历山大·波波夫 4, 保罗·A·吉诺 5, 西尔维娅·多姆克 5 6, 简言 1, 德克·舒贝尔 5 6, 查尔斯·文森 三, Jussi Taipale公司 7 2
附属公司

胞嘧啶甲基化对人类转录因子DNA结合特异性的影响

尹一萌等。 科学类. .

摘要

人类基因组中的大多数CpG二核苷酸在胞嘧啶碱基处甲基化。然而，活性基因调控元件相对于其侧翼区域通常是低甲基化的，一些转录因子（TF）的结合因其靶序列的甲基化而减少。通过使用甲基化敏感SELEX（通过指数富集配体的系统进化）对542个人类TF进行分析，我们发现也有许多TF偏好CpG-甲基化序列。其中大多数属于扩展同源结构域家族。结构分析表明，甲基胞嘧啶的同源结构域特异性取决于与甲基胞嘧啶5-甲基的直接疏水相互作用。本研究对表观遗传DNA修饰对人TF结合特异性的影响进行了系统研究，并揭示了许多发育重要的蛋白质对含mCpG序列的偏好。

PubMed免责声明

数字

图1。
图1.甲基-SELEX。
（A）SELEX过程的示意图，用于识别TF对所有DNA序列的结合特异性，包括含有甲基化和非甲基化CpG二核苷酸的序列。该过程使用两个平行反应，一个是非甲基化DNA（顶部，HT-SELEX），另一个是在每个选择周期甲基化的DNA（底部，methyl-SELEX）。显示了获得基序的全长TF和扩展DBD的数量。蓝色矩形表示受甲基化影响的CpG二核苷酸的位置。（B）家庭TF覆盖率。插图是一张维恩图，将本研究中哺乳动物TF的覆盖率与之前使用蛋白结合微阵列（PBM）（35，36）和HT-SELEX（21，25，26）进行的大型研究进行了比较。锌指。
图2。
图2：图案的相似性。
树状图表明HT-SELEX（细树状图线）和methyl-SELEX（树枝状图线末端的粗绿色条）的基序之间的相似性。还显示了每个因素的条形码徽标（25）。树状图的中心显示了将序列徽标转换为条形码徽标（顶部）和TF系列的颜色键（底部）的示例。同一结构家族中TF的基序通常彼此相似，而甲基-SELEX和HT-SELEX-的基序在大多数情况下也密切相关（绿色和黑色末端出现在同一分支中）。这是因为许多TF的基序中没有CpG，甲基化引起的变化通常只影响基序中的一个二核苷酸。荷马。，同源结构域；锌。翅片。，锌指；核子。rec.，核受体。
图3。
图3.通过AT-hook添加使Paralog的特异性多样化。
通过添加AT-hook肽基序说明了TF结合特异性的演变。同源域TF BARX2、ETS因子ELF3和bHLH蛋白NEUROD1的特异性与相关TF不同，因为添加了识别短的富含AT的氨基酸序列的类AT-hook氨基酸序列。
图4。
图4 mCpG对TF结合的影响示例。
（A）亚硫酸氢盐SELEX。从亚硫酸氢盐-SELEX工艺的不同阶段回收了POU5F1（OCT4）的两种模型。OCT4可以与对应于所示基序的非甲基化和甲基化序列结合，但它更喜欢在所示CpG甲基化时结合序列（如方框所示，亚硫酸氢盐处理后仍为CpG）。闪电表示亚硫酸氢盐处理，蓝色阴影突出显示受甲基化影响的二核苷酸。底部的数字显示了从周期3到周期4 mCpG的增加百分比。(B类)a型甲基分钟TF，MAX（Myc-associated factor X）的示例。散点图（左）显示了甲基-SELEX中所有8 mer子序列的计数(年轴）和HT-SELEX(x个轴）。实心圆表示在Huddinge距离（25）为1的范围内比任何其他子序列都富集的子序列。还表示富集程度最高的序列（CCACGTGC）。由于CpG的甲基化抑制MAX结合，红圈群体（具有CpG的序列）形成位于黑圈群体（没有CpG的序列）下方的细长图案；简化的字形（顶部）也显示了这一点。当与最佳位点的结合被阻断时，其他结合较弱的序列（CACATGGC）富集得更强烈。MAX图案的标志也如图所示（右图），其下方显示了亚硫酸氢盐-SELEX中CpG甲基化的影响。MAX被归类为A型，因为其图案的一致性包含CpG（括号）。(C类)一种B型甲基-分钟TF，DMRTC2，其主基序（右上）不受甲基化的影响，但次基序（左下）中的CpG受甲基化影响。与两个基序一致的序列显示在散点图上。(D类和E类)如（B）和（C）所示，但对于A型甲基-plus TF HOXB13（D）和B型甲基-pus TF POU5F1（OCT4）（E）。在CpG甲基化存在的情况下，POU5F1（OCT4）使亚序列ATGCGCAT更加丰富。OCT4还丰富了不含CpG且不受甲基化影响的子序列ATGCTAAT。
图5。
图5基于甲基-SELEX和亚硫酸氢盐-SELEX.的TF分类。
（A）单个CpG二核苷酸甲基化对人TF结合的影响。显示了在一轮亚硫酸氢盐-SELEX期间TF结合基序中所有mCpG二核苷酸的百分比增加。大多数CpG的甲基化对TF结合有负面（蓝色）或正面（橙色）影响。(B类)基于甲基SELEX和亚硫酸氢盐SELEX数据的联合分析对TF进行分类（每个因素的详细信息见表S3）。饼图显示了不受胞嘧啶甲基化影响（无CpG或几乎没有影响）、偏好非甲基化CpG（甲基-微量）或偏好甲基化Cp G（甲基-plus）的TF的比例。此外，25个TF在其结合序列的不同位置或不同基序（多重效应）上对mCpG二核苷酸表现出不同的偏好。如果存在CpG二核苷酸基序，那么可以结合多个基序的TF根据包含CpG双核苷酸的基序进行分类。括号表示甲基-分钟和甲基-plus基团的A型和B型TF的数量。(C类)每个结构TF家族中各组TF的分数。(D类)甲基-plus和甲基-minus TFs的基因本体富集分析。显著（修正）的生物工艺等级P（P）<0.005）富集或耗尽（基于获得基序的所有TF，相对于随机期望，超过两倍）。
图6。
图6 ChIP-seq分析。
（A）OCT4在体内偏好甲基化基序。对缺乏甲基胞嘧啶的ES细胞进行OCT4的ChIP-seq分析(Dnmt公司-TKO）或显示基因调控区甲基化增加(泰特-TKO）。MEME的基序富集分析（左上）仅从泰特-TKO细胞。大多数含有基序2的OCT4占据位点在泰特-TKO细胞（蓝色直方图），但不在Dnmt公司-TKO细胞（绿色直方图）（右上角）。散点图（左下）显示了基序匹配位置的ChIP扩展读取覆盖范围泰特- (x个轴）和Dnmt公司-TKO公司(年轴）单元格。基序1匹配位置（蓝色）的ChIP-seq峰高在细胞类型中相似，而基序2匹配位置的峰高在甲基化状态改变（橙色）的细胞中较高泰特-TKO细胞。只分析与两个或多个亚硫酸氢顺序读取重叠的站点。含有基序2的峰与甲基化没有变化或变化小于截止值（从≤20%Dnmt公司-TKO≥80%英寸泰特-TKO）为灰色。黑点表示右下面板中显示的示例峰值位置。(B类)外源性引入的HOXB13与原代前列腺上皮细胞系LHSAR中的甲基化位点结合。对表达HOXB13的慢病毒转导的VCaP前列腺癌细胞和LHSAR细胞进行HOXB12的ChIP-seq分析。对两种细胞株共有的峰的分析（顶部）表明，HOXB13可以结合到两个不同的基序，其中一个基序（SELEX初级基序）通常包含CpG二核苷酸。LHSAR细胞中大多数含有CpG的共有峰的位置被甲基化，表明HOXB13可以与甲基化位点结合。占据位点的甲基化水平通常很低或很高，这与特定等位基因存在或不存在甲基化的事实一致。VCaP前列腺癌细胞中的甲基化较低，可能是因为结合诱导的去甲基化（7）。
图7。
图7同源结构域蛋白质识别mCpG的分子基础。
（A）HOXB13与甲基化DNA结合的结构揭示了后同源域蛋白识别甲基化胞嘧啶的机制。左边显示的是与甲基化DNA结合的HOXB13的整体结构。识别甲基化CpG的残基显示为球棒模型，结晶中使用的DNA序列显示在结构下方。右侧显示的是HOXB13 DBD识别螺旋残基的复合省略电子密度图，该残基与两种甲基化胞嘧啶形成疏水相互作用。模型的触点用虚线表示；数字是以埃为单位的距离。伊利262与TmCG序列的mC相互作用，而Val269与来自互补链的mC相互作用。精氨酸的脂肪族链258也有助于局部疏水环境。绿色字母突出显示了受TF特别约束的碱基。(B类)HOXB13:MEIS1异二聚体与甲基化DNA结合的综述。HOXB13为粉红色，MEIS1为蓝色，甲基化碱基对显示为球状和棒状模型，接触显示为虚线，残基和甲基化碱基被标记。与HOXB13单体类似，这两种甲基化胞嘧啶分别被Ile识别262和Val269. (C类)复合物省略电子密度图显示识别mCpG的CDX1、CDX2和LHX4残基。(D类)序列标志显示了强甲基+后同源结构域蛋白质和偏好或不与mCpG结合的典型同源结构域之间的相似性。结构分析（盒子）确定的位置的残基的相同性解释了这些蛋白质相对于mCpG的不同偏好。氨基酸残基的单字母缩写如下：A，Ala；C、 半胱氨酸；D、 天冬氨酸；E、 谷氨酸；F、 苯丙氨酸；G、 甘氨酸；H、 他的；一、 伊利；K、 赖氨酸；五十、 亮氨酸；M、 已见面；N、 Asn；P、 专业；Q、 甘氨酸；R、 精氨酸；S、 序列号；T、 Thr；五、 缬氨酸；W、 Trp；还有Y，Tyr。
请参阅PMC中的此图像和版权信息

中的注释

  • 转录因子阅读表观遗传学。
    Hughes TR，Lambert SA公司。 Hughes TR等人。 科学。2017年5月5日；356(6337):489-490. doi:10.1126/science.aan2927。 科学。2017 PMID：28473550 没有可用的摘要。

类似文章

查看所有类似文章

引用人

查看所有“被引用”文章

工具书类

    1. Huff JT、Zilberman D、Dnmt1-依赖性CG甲基化有助于核小体在不同真核生物中的定位。单元格1561286–1297（2014）。doi:10.1016/j.cell.2014.01.029-内政部-项目管理委员会-公共医学
    1. Kelly TK等人，单个DNA分子内核小体定位和DNA甲基化的全基因组映射。《基因组研究》22，2497–2506（2012）。doi:10.1101/gr.143008.112-内政部-项目管理委员会-公共医学
    1. 鸟A，DNA甲基化模式和表观遗传记忆。《基因开发》16，6–21（2002）。doi:10.1101/gad.947102-内政部-公共医学
    1. Ball MP等人，靶向和基因组规模策略揭示了人类细胞中的基因体甲基化特征。《国家生物技术杂志》27361–368（2009年）。doi:10.1038/nbt.1533-内政部-项目管理委员会-公共医学
    1. Lister R等人，在碱基分辨率下的人类DNA甲基化体显示出广泛的表观基因组差异。《自然》462，315–322（2009）。doi:10.1038/nature08514-内政部-项目管理委员会-公共医学

出版物类型