The effects of the DNA Demethylating reagent, 5-azacytidine on SMCHD1 genomic localization

doi:10.1186/s12863-020-0809-x

.2020年1月15日；21(1):3.

doi:10.1186/s12863-020-0809-x。

DNA脱甲基试剂5-氮杂胞苷对SMCHD1基因组定位的影响

S马萨^1 2, 朱本^三, F J S李^三, T V贝施拉格^三, G G Prefontaine公司^三

附属公司

¹西蒙·弗雷泽大学健康科学学院，加拿大不列颠哥伦比亚省伯纳比大学路8888号，V5A 1S6。smassah@progenacenter.com。
²温哥华前列腺中心，加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华橡树街2660号，V6H 3Z6。smassah@prostatecentre.com。
^三西蒙·弗雷泽大学健康科学学院，加拿大不列颠哥伦比亚省伯纳比大学路8888号，V5A 1S6。

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DNA脱甲基试剂5-氮杂胞苷对SMCHD1基因组定位的影响

S马萨等。 BMC基因. 2020.

.2020年1月15日；21(1):3.

doi:10.1186/s12863-020-0809-x。

作者

S马萨^1 2, 朱本尼J^三, F J S Lee公司^三, T V贝施拉格^三, G G Prefontaine公司^三

附属公司

¹西蒙·弗雷泽大学健康科学学院，加拿大不列颠哥伦比亚省伯纳比大学路8888号，V5A 1S6。smassah@prostatecentre.com。
²温哥华前列腺中心，加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华橡树街2660号，V6H 3Z6。smassah@progenacenter.com。
^三西蒙·弗雷泽大学健康科学学院，加拿大不列颠哥伦比亚省伯纳比大学路8888号，V5A 1S6。

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摘要

背景：DNA甲基化是一种表观遗传修饰，主要抑制胚胎发生和发育过程中必需基因的表达。有一些关键的ATP酶依赖性酶可以读取或写入DNA甲基化，以重塑染色质并调节基因表达。染色体铰链结构域包含1（SMCHD1）的结构维持是一种结构蛋白，调节许多对DNA甲基化敏感的基因的表达，其中一些基因是印迹的。此外，SMCHD1种系突变导致发育性疾病；面肩胛体液性肌营养不良（FSHD）、黑色素瘤和微眼炎（BAMS）。目前的证据表明，SMCHD1通过维持染色质致密化所需的DNA甲基化或从头开始发挥作用。然而，尚不清楚DNA甲基化是否对SMCHD1的基因组招募及其作为结构蛋白的作用也至关重要。我们之前使用小鼠垂体生长激素（Gh1）启动子的甲基化DNA区域分离SMCHD1，这表明甲基化是SMCHD1DNA结合所必需的。本研究的目的是进一步了解SMCHD1在调节基因表达中的DNA甲基化导向作用。因此，我们分析了人类神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞中SMCHD1全基因组的占有率，并通过用DNA去甲基化试剂5-氮杂胞苷（5-azaC）处理细胞来评估SMCHD1-基因组结合是否需要DNA甲基化。

结果：我们的数据表明，大多数SMCHD1结合发生在内含子和基因间区域。对与SMCHD1基因组占位相关的、对5-azaC治疗敏感的基因进行的基因本体分析表明，SMCHD1参与中枢神经系统发育。与中枢神经系统相关的钾电压门控通道亚家族Q成员1（KCNQ1）基因是已知的SMCHD1靶点。我们发现SMCHD1与KCNQ1的内含子区域结合，该内含子区域在5-azaC处理后丢失，这表明DNA甲基化促进了SMCHAD1的结合。事实上，CRISPR-Cas9对SMCHD1的缺失增加了KCNQ1基因的表达，证实了其在调节KCNQl基因表达中的作用。

结论：这些发现为SMCHD1的DNA甲基化导向功能提供了新的见解，该功能调节与影响未来药物开发策略的中枢神经系统发育相关的基因表达。

关键词：5-氮杂胞苷；DNA甲基化；基因组结合；SMCHD1。

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利益冲突声明

作者声明，他们没有相互竞争的利益。

数字

图1
SH-SY5Y单元中SMCHD1 ChIP-seq分析的工作流程。一5-azaC处理诱导SH-SY5Y细胞中DNMT1的损失，而对SMCHD1蛋白水平没有影响。β-微管蛋白作为负荷的内部对照。b条使用豚鼠产生的抗SMCHD1抗血清、市售抗SMCHT1抗血清和豚鼠血清免疫沉淀SMCHD1。使用抗SMCHD1抗体对免疫沉淀样品进行印迹。**c（c）**ChIP-seq数据分析工作流程示意图。GREAT算法和SeqMonk软件确定了SMCHD1结合位点相对于相关转录起始位点（TSS）的分布。PAPST和DAVID生物信息学确定了与SMCHD1占有率、基因个体发生相关的生物过程，与最近的基因相关。SeqPos（Galaxy cistrome）识别出潜在的SMCHD1相关结合基序

图2
SMCHD1在染色质区域的占有率*DUX4型*染色体4上的基因。一图示SMCHD1在未经任何处理的SH-SY5Y细胞（蓝色）和暴露于5-azaC的细胞（红色）中达到峰值。b条SH-SY5Y和SMCHD1 sgRNA基因敲除细胞（KO）中SMCHAD1的蛋白质水平。赖氨酸特异性去甲基酶1（LSD1）被用作装载的内部控制。**c（c）**mRNA定量*DUX4型*在SH-SY5Y（对照）和SMCHD1 KO细胞（KO）中。拷贝数与β-肌动蛋白cDNA水平有关

图3
SH-SY5Y细胞SMCHD1结合位点的全基因组分析。一SMCHD1 ChIP-seq的分布峰值与启动子、基因体、外显子、内含子和基因间区域有关。b条SMCHD1指定峰值+/- 500 相对于TSS的kb

图4
与SMCHD1结合相关的靶基因和基因本体（GO）。（顶部）维恩图，说明对照组（ctrl）和5-氮杂碳处理样品中的独特靶基因数量以及两组之间的共享基因。（底部）与每个样本组相关的GO术语

图5
SMCHD1在*KCNQ1号机组*内含子区对5-azaC处理敏感。一示意图表示SH-SY5Y载体处理细胞（蓝色）和5-azaC处理细胞（红色）的内含子区域上SMCHD1结合峰*KCNQ1号机组*基因。红色三角形表示ChIP-PCR在图5B中检查的区域。b条左，对照组SMCHD1的ChIP-PCR（溶媒处理）和经5-azaC处理的样品*KCNQ1号机组*内含子区。右，5-azaC处理后位于SMCHD1结合位点内的CpG位点的DNA甲基化百分比，CpG1:chr11:2614727。CpG2:chr11:2614759。CpG 3 chr11:2614798。**c（c）**左，mRNA定量*KCNQ1号机组*在SH-SY5Y（ctrl）和SMCHD1 KO细胞（KO）中。拷贝数与β-肌动蛋白cDNA水平有关。对，SY-SY5Y细胞中SMCHD1和KCNQ1蛋白在SMCHD1-KO后的水平。β-微管蛋白用作内部对照

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