易基因：易基因近期染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）研究成果

大家好，这里是专注表观组学十余年，领跑多组学科研服务的易基因。

在生物学研究中，DNA与蛋白质之间的互作（DNA-Protein Interactions，DPIs）是至关重要的，参与基因的表达、调控、复制、重组和修复以及RNA的转运、翻译和调控等多个过程，几乎涉及所有的生命活动。本期以科研内容为序，总结近期易基因染色质免疫共沉淀测序合作研究成果，并就DNA-蛋白质互作研究思路进行总结。

01 蛋白质酰基化与c-di-GMP协同调控放线菌发育与抗生素合成机制

2023年06月07日，华东理工大学生物工程学院和生物反应器工程国家重点实验室叶邦策教授和尤迪副教授为共同通讯作者、博士生符瑜为第一作者以“A meet-up of acetyl phosphate and c-di-GMP modulates BldD activity for development and antibiotic production”为题在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）杂志发表研究论文。该研究以放线菌（Actinobacteria）为研究对象，揭示了蛋白质酰基化与c-di-GMP协同调控放线菌发育与抗生素合成机制的研究新进展。深圳市易基因科技有限公司为本研究提供ChIP-seq测序分析服务。

标题：A meet-up of acetyl phosphate and c-di-GMP modulates BldD activity for development and antibiotic production（乙酰磷酸和c-di-GMP协同调控BldD活性，促进抗生素开发和生产）

时间：2023-06-07

期刊：Nucleic Acids Research

影响因子：IF 19.16

技术平台：EMSA 、ChIP-seq、Western blot、RT-PCR、质谱、免疫沉淀（IP）和免疫印迹（IB）等

摘要：

放线菌（Actinobacteria）是一种普遍存在的细菌，会同时经历复杂的生长发育和抗生素生产以响应应激或营养胁迫。放线菌的这种生长发育主要受c-di-GMP和广域调控因子BldD互作调控。迄今为止，调控这些细胞生物学过程的上游和整体信号网络仍然未知。在红霉素生产菌（红霉糖多孢菌，Saccharopolyspora erythraea，S. erythraea）中，研究结果表明外界环境氮胁迫引起积累的乙酰磷酸（acetyl phosphate，AcP）与c-di-GMP协同调控BldD活性。AcP诱导的K11位点乙酰化显著抑制BldD形成二聚体并与靶DNA解离，干扰c-di-GMP的信号通路，从而调控发育变化和抗生素生产。此外，BldDK11R的实际突变可绕过乙酰化调控，强化BldD对红霉素合成的正调控能力，提升红霉素终产量。AcP依赖性乙酰化的研究通常局限于酶活性调控。本研究结果揭示了AcP诱导的乙酰化共价修饰与c-di-GMP非共价结合协同调控放线菌发育与次级代谢的分子机制，开拓了翻译后修饰的新功能，有助于全面理解微生物固有的翻译后修饰系统对整体代谢网络（营养代谢与合成代谢）的交互作用及其调控规律，显示了基于酰基化修饰调控的原理和分子机制在合成生物系统工程化设计方面的应用潜能。AcP与c-di-GMP信号整合在一起，调节BldD发育和抗生素生产活性，以响应环境胁迫。这种连贯的监管网络可能在放线菌中广泛存在，因此具有广泛意义。

图形摘要

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02 烟粉虱共生菌Hamiltonella调控宿主生殖新机制

2023年02月10日，沈阳农业大学植物保护学院博士研究生姚亚林为第一作者、栾军波教授为论文通讯作者在《Cell Reports》杂志以“A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function”为题发表研究论文。该研究通过ChIP-seq等实验揭示了烟粉虱（whitefly Bemisia tabaci）含菌细胞共生菌Hamiltonella通过调控卵巢线粒体功能决定后代性比的共生菌调控宿主生殖的表遗传机制。深圳易基因科技为本研究提供ChIP-seq测序分析服务。

标题：A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function 烟粉虱含菌细胞共生菌Hamiltonella通过调控卵巢线粒体功能决定后代性比

时间：2023-02-10

期刊：Cell Reports

影响因子：IF 9.995

技术平台：ChIP-seq等

摘要：

共生菌影响宿主繁殖，但潜在的分子机制尚不清楚。本研究发现烟粉虱含菌细胞共生菌Hamiltonella合成的叶酸通过介导组蛋白甲基化修饰调控烟粉虱卵巢线粒体功能，从而影响烟粉虱受精和后代性比，而叶酸补充会恢复后代性比。Hamiltonella缺失或基因沉默使组蛋白H3赖氨酸9三甲基化（H3K9me3）水平发生变化，其通过叶酸补充而恢复。H3K9me3的全基因组染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析表明共生菌缺失导致烟粉虱中的线粒体功能受抑制。Hamiltonella缺失影响了烟粉虱卵巢的线粒体质量，抑制卵巢线粒体功能导致白色性比例异常。这些发现表明，共生菌衍生的叶酸调控宿主组蛋白甲基化修饰，从而影响卵巢线粒体功能，最终决定宿主性比。研究解析了共生菌——线粒体互作在调控宿主性比中的重要作用，揭示了共生菌调控宿主生殖的新机制。研究成果拓展了对宿主与共生菌互作机制的理解，为粉虱的精准防控提供了新靶标。

图形摘要

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03 HIV-1感染细胞转录抑制因子Schlafen 5的表观遗传调控机制

2022年6月10日，中国医学科学院药物生物技术研究所岑山和李晓宇团队以“Schlafen 5 suppresses human immunodeficiency virus type 1 transcription by commandeering cellular epigenetic machinery”为题在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）杂志发表研究论文。该研究以细胞为研究对象，通过ChIP-seq等分析结果揭示了SLFN5的细胞表观遗传调控机制。

标题：Schlafen 5 suppresses human immunodeficiency virus type 1 transcription by commandeering cellular epigenetic machinery

时间：2022-06-10

期刊：Nucleic Acids Research

影响因子：IF 19.16

技术平台：ChIP-seq、ChIP-qPCR、Co-IP、EMSA等

摘要：

Schlafen-5（SLFN5）是一种干扰素诱导的Schlafen家族蛋白，参与免疫反应和肿瘤发生。然而目前对其抗HIV-1（human immunodeficiency virus type 1 transcription）功能知之甚少。在本研究中，作者鉴定出SLFN5的过表达抑制了HIV-1的复制并降低病毒mRNA水平，而内源性SLFN5缺失则促进HIV-1复制。此外，染色质免疫沉淀 (ChIP-seq+ChIP-qPCR)检测结果表明SLFN5通过与U5-R区域的两个序列结合，显著降低HIV-1长末端重复序列（LTR）的转录活性，从而抑制RNA聚合酶II（RNA PoL II）向转录起始位点募集。诱变研究验证了核定位序列和N-末端1-570氨基酸片段在抑制HIV-1中的重要性。进一步机制研究表明，SLFN5与PRC2复合物、G9a和组蛋白H3的成分互作，从而促进H3K27me2和H3K27me3修饰，导致HIV-1转录沉默。且SLFN5阻断了潜伏期HIV-1激活。总之，本研究结果表明，SLFN5是通过表观遗传调控的HIV-1转录抑制因子，是HIV-1潜伏期的潜在决定因素。

图形摘要：SLFN5抑制HIV-1 LTR转录模型

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04 H3K27me3去甲基化酶在体细胞重编程调控转录机制

2020年10月8日，中国科学院广州生物医药与健康研究院/生物岛实验室秦宝明教授团队和Miguel A. Esteban课题组在Nature Communications杂志发表了题为"JMJD3 acts in tandem with KLF4 to facilitate reprogramming to pluripotency"的研究论文，该成果揭示了H3K27me3去甲基化酶JMJD3与KLF4在体细胞重编程中协同调控转录新机制，深圳易基因提供本研究中的部分测序分析服务。

标题：JMJD3 acts in tandem with KLF4 to facilitate reprogramming to pluripotency

发表时间：2020年10月8日

期刊：Nature Communications

影响因子：17.694

技术方法：ChIP-seq、RNA-seq等

本研究中，作者通过逆转录定量PCR（RT-qPCR）和RNA-seq测定分析并多方验证，证实了组蛋白H3K27me3去甲基化酶JMJD3在小鼠重编程中起着2方面相反的作用。一方面，在传代后期出现衰老特征的小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）中，与以往报道一致，JMJD3通过激活Ink4a/Arf抑制重编程，而且这一效应与重编程无关；另一方面，在传代早期年轻的MEF中，JMJD3提高重编程效率并且Vc能大大加强这一作用。

图：JMJD3和KLF4在重编程中的工作模型

作者通过ChIP-seq等组学测序分析，表明在机制上，JMJD3被KLF4特异性地招募至上皮和多能性基因位点，并辅助KLF4激活这些基因。

进一步，作者在多种其他KLF4介导的细胞命运转变中验证了JMJD3的这一作用模式。

图：重编程过程中JMJD3与KLF4协同作用

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关于染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）研究思路

CHIP-seq研究的数据挖掘思路主要分为3步：

■ 整体把握CHIP-seq图谱特征：peak/reads在基因组上的分布、peak在元件上的富集、peak在基因元件上的分布、peak的motif分析、peak距离TSS位点的距离分析、peak修饰基因的功能分析。

■ 筛选具体差异peak和基因：差异 peak鉴定、非时序数据的分析策略、时序数据的分析策略、差异peak关联基因的功能分析、差异peak关联基因的PPI分析、感兴趣目标区域的可视化展示。

■ CHIP-seq&转录组学关联分析：Meta genes整体关联、peak关联基因与DEG对应关联、目标区域和靶基因的筛选。

后期视情况是否需要下游实验设计验证TF结合/组蛋白修饰的目标区域和候选靶基因。

关于易基因染色质免疫共沉淀测序 (ChIP-seq)

染色质免疫共沉淀（Chromatin Immunoprecipitation,ChIP），是研究体内蛋白质与DNA相互作用的经典方法。将ChIP与高通量测序技术相结合的ChIP-Seq技术，可在全基因组范围对特定蛋白的DNA结合位点进行高效而准确的筛选与鉴定，为研究的深入开展打下基础。

DNA与蛋白质的相互作用与基因的转录、染色质的空间构型和构象密切相关。运用组蛋白特定修饰的特异性抗体或DNA结合蛋白或转录因子特异性抗体富集与其结合的DNA片段，并进行纯化和文库构建，然后进行高通量测序，通过将获得的数据与参考基因组精确比对，研究人员可获得全基因组范围内某种修饰类型的特定组蛋白或转录因子与基因组DNA序列之间的关系，也可对多个样品进行差异比较。

应用方向：

ChIP 用来在空间上和时间上不同蛋白沿基因或基因组定位

转录因子和辅因子结合作用
复制因子和 DNA 修复蛋白
组蛋白修饰和变异组蛋白

技术优势：

物种范围广：细胞、动物组织、植物组织、细菌微生物多物种富集经验；
微量建库：只需5ng以上免疫沉淀后的DNA，即可展开测序分析；
方案灵活：根据不同的项目需求，选择不同的组蛋白修饰特异性抗体。

技术路线：

易基因提供全面的DNA与蛋白互作测序方案。

参考文献：

1. Fu Y, Dong YQ, Shen JL, Yin BC, Ye BC, You D. A meet-up of acetyl phosphate and c-di-GMP modulates BldD activity for development and antibiotic production. Nucleic Acids Res. 2023 Jun 7.

2. Yao YL, Ma XY, Wang TY, Yan JY, Chen NF, Hong JS, Liu BQ, Xu ZQ, Zhang N, Lv C, Sun X, Luan JB. A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function. Cell Rep. 2023 Feb 10;42(2):112102.

3. Jiwei Ding, et al. Schlafen 5 suppresses human immunodeficiency virus type 1 transcription by commandeering cellular epigenetic machinery, Nucleic Acids Research, Volume 50, Issue 11, 24 June 2022, Pages 6137–6153

4. Huang Y, Zhang H, Wang L, Tang C, Qin X, Wu X, Pan M, Tang Y, Yang Z, Babarinde IA, Lin R, Ji G, Lai Y, Xu X, Su J, Wen X, Satoh T, Ahmed T, Malik V, Ward C, Volpe G, Guo L, Chen J, Sun L, Li Y, Huang X, Bao X, Gao F, Liu B, Zheng H, Jauch R, Lai L, Pan G, Chen J, Testa G, Akira S, Hu J, Pei D, Hutchins AP, Esteban MA, Qin B. JMJD3 acts in tandem with KLF4 to facilitate reprogramming to pluripotency. Nat Commun. 2020 Oct 8;11(1):5061.

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