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        李國亮團隊構建首個多物種中特異性蛋白介導的染色質環綜合數據庫ChromLoops

        發布日期:2022-10-17 發表者:陳治國 瀏覽次數:




           (圖文|辛西  編輯|信息  審核|李國亮)染色質環(或染色質相互作用)是染色質結構的重要組成元素(圖1)。染色質環的破壞與癌癥、多指畸形等多種疾病有關。目前,ChIA-PET、HiChIP和PLAC-Seq等技術可用于檢測特異性蛋白質介導的高分辨率染色質環。近年隨著3D基因組研究的快速進展,ChIA-PET、HiChIP和PLAC-Seq的數據集不斷積累,亟需對這些數據集進行有效的收集和處理。

        圖1. 染色質環(Chromatin loops)結構





           近日,我校信息學院三維基因組學李國亮教授團隊開發了一個全面、多物種的特異性蛋白介導的染色質環數據庫(ChromLoops [1],https://3dgenomics.hzau.edu.cn/chromloops)并發表在國際期刊Nucleic Acids Research。ChromLoops數據庫整合了來自13個物種的1030套ChIA-PET、HiChIP和PLAC-Seq數據集,并包含了1,491,416,813個高質量染色質環分析結果(圖2)。


        圖2. ChromLoops數據庫中包含的物種



           ChromLoops數據庫集成了多種搜索、分析、可視化和下載功能。更重要的是,研究團隊針對染色質環anchor基因和區域進行了豐富的功能注釋,包括調控元件(增強子、超級增強子和沉默子)、變異(SNP和QTLs)、轉錄因子、可變剪切、TWAS、染色質開放性、DNA甲基化和基因表達等(圖3)。



        圖3. ChromLoops數據庫信息及構建




           研究團隊還進行了高頻染色質相互作用基因分析,并在ChromLoops數據庫中提供了不同物種中的高頻染色質交互基因,以及特定類型和所有類型癌癥中的高頻染色質交互基因。這些分析結果將有助于探究與癌癥相關的特異性遠距離染色質相互作用特征,為癌癥關鍵基因的調控提供新的理論依據(圖4)。



        圖4. 癌癥高頻交互基因在染色體上的分布



           ChromLoops數據庫中所包含的基因組瀏覽器是基于WashU Epigenome Browser構建。已知MYC是目前研究最廣泛的致癌基因之一,與多種不同癌癥類型的形成、維持和進展有關。研究者以MYC基因為例介紹和展示瀏覽器的應用,顯示了MYC基因在人類宮頸癌HeLa細胞和白血病K562細胞中的染色質相互作用以及相應區域增強子、沉默子和SNP的信息(圖5)??煽吹?,MYC基因在HeLa細胞中與CCAT1存在顯著交互,K562細胞中與PVT1存在顯著交互,這與已有研究結果相一致。




        圖5. MYC基因在Hela和K562細胞系中的交互



           研究人員表示,ChromLoops是一個全面且綜合的染色質環數據庫,可以為領域內研究者提供三維基因組遠程交互的參考,有助于與細胞功能和疾病相關的3D基因組功能、遠程染色質相互作用調控和基因轉錄調控等多方面的研究。


           該項工作由華中農業大學信息學院完成。華中農業大學信息學院李國亮教授為論文通訊作者。華中農業大學周強偉博士為第一作者。成盛、鄭姍姍、王振吉、管鵬鵬、朱志賢、黃星宇以及周聰幫助完成了數據庫的建立。該研究數據分析工作得到華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室生物信息計算平臺支持和幫助,得到國家重點研發計劃,國家自然科學基金等項目資助。

        文章鏈接:https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkac893/6761734

        數據庫鏈接:https://3dgenomics.hzau.edu.cn/chromloops


        【英文摘要】
        Chromatin loops (or chromatin interactions) are important elements of chromatin structures. Disruption of chromatin loops is associated with many diseases, such as cancer and polydactyly. A few methods, including ChIA-PET, HiChIP and PLAC-Seq, have been proposed to detect high-resolution, specific protein-mediated chromatin loops. With rapid progress in 3D genomic research, ChIA-PET, HiChIP and PLAC-Seq datasets continue to accumulate, and effective collection and processing for these datasets are urgently needed. Here, we developed a comprehensive, multispecies and specific protein-mediated chromatin loop database (ChromLoops, https://3dgenomics.hzau.edu.cn/chromloops), which integrated 1030 ChIA-PET, HiChIP and PLAC-Seq datasets from 13 species, and documented 1 491 416 813 high-quality chromatin loops. We annotated genes and regions overlapping with chromatin loop anchors with rich functional annotations, such as regulatory elements (enhancers, super-enhancers and silencers), variations (common SNPs, somatic SNPs and eQTLs), and transcription factor binding sites. Moreover, we identified genes with high-frequency chromatin interactions in the collected species. In particular, we identified genes with high-frequency interactions in cancer samples. We hope that ChromLoops will provide a new platform for studying chromatin interaction regulation in relation to biological processes and disease.

        PS:在文章出版過程中,近期美國科學院院士、斯坦福大學統計系Wing Hung Wong教授、清華大學江瑞副教授課題組在NAR雜志上同期在線發表了HiChIPdb數據庫 [2]。HiChIPdb數據庫整合了200套HiChIP樣本數據,以組織類別展示了基于HiChIP數據的染色質loop結果。相信ChromLoops、HiChIPdb數據庫能夠為遠程染色質相互作用和轉錄調控研究提供方便易用的分析查詢平臺。

        參考文獻:
        1.    Zhou Q, Cheng S, Zheng S, Wang Z, Guan P, Zhu Z, Huang X, Zhou C, Li G: ChromLoops: a comprehensive database for specific protein-mediated chromatin loops in diverse organisms. Nucleic Acids Research 2022:gkac893.
        2.    Zeng W, Liu Q, Yin Q, Jiang R, Wong WH: HiChIPdb: a comprehensive database of HiChIP regulatory interactions. Nucleic Acids Research 2022:gkac859.

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