在人類基因組序列首次發(fā)布10年之后,，研究人員發(fā)現(xiàn)關(guān)于影響基因功能的機(jī)制的新線索,。Bradley Bernstein和Aviv Regev領(lǐng)導(dǎo)的研究小組集中研究染色質(zhì)---與DNA相結(jié)合的促進(jìn)基因表達(dá)的非基因物質(zhì)---和協(xié)調(diào)染色質(zhì)活性的特異性調(diào)節(jié)物,，其中Bradley Bernstein是馬薩諸塞州總醫(yī)院和哈佛醫(yī)學(xué)院病理學(xué)副教授，也是布洛德研究所(Broad Institute)的準(zhǔn)會員,，而Aviv Regev是布洛德研究所核心成員,，也是麻省理工學(xué)院副教授。布洛德研究所表觀基因組計劃(Epigenomics Program)經(jīng)理Charles Epstein解釋道,，“我們知道很多不同的染色質(zhì)調(diào)節(jié)物指導(dǎo)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和活性,。”但是這些這些調(diào)節(jié)物如何操作的細(xì)節(jié)人們一直不清楚。
根據(jù)2011年12月23日發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上的一篇研究論文,，研究小組發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)調(diào)節(jié)蛋白的特異性組合控制比較重要的染色質(zhì)活性,，比如組蛋白修飾。組蛋白是組成染色質(zhì)的非基因物質(zhì)的一部分,。通過修飾這些蛋白,，染色質(zhì)影響內(nèi)在的DNA遺傳密碼如何翻譯。
共同第一作者Alon Goren是馬薩諸塞州總醫(yī)院和布洛德研究所的一名博士后,，他說，“我們想發(fā)現(xiàn)一種方法來研究調(diào)節(jié)染色質(zhì)的蛋白因子組合”,。過去十年以來,，研究人員已發(fā)現(xiàn)大量關(guān)于組蛋白修飾及其對染色質(zhì)影響的重要性的新信息?？茖W(xué)家們已經(jīng)在很多細(xì)胞類型中證實(shí)組蛋白修飾與基因,、蛋白和酶調(diào)節(jié)之間存在廣泛關(guān)聯(lián)。Goren補(bǔ)充道,，“但是我們對增加,、移除和維持這些組蛋白修飾的我們稱作染色質(zhì)調(diào)節(jié)物的蛋白因子和復(fù)合物的認(rèn)識仍然不深。這篇研究展示了一種系統(tǒng)性方法來理解它們在染色質(zhì)調(diào)節(jié)上的功能,。”
通過設(shè)計一種新技術(shù)ChIP-string,，即將一種研究染色質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)方法即染色質(zhì)免疫沉淀(chromatin immunoprecipitation, ChIP)和Nanostring公司nCounter分析系統(tǒng)(Nanostring nCounter Analysis System)平臺結(jié)合在一起用于研究基因表達(dá)，研究小組開發(fā)出一種篩選方法在兩種不同細(xì)胞類型中研究染色質(zhì)調(diào)節(jié)物,。共同第一作者Oren Ram是 Bernstein實(shí)驗(yàn)室的一名博士后,，他補(bǔ)充道，“這種方法允許我們以一種非常強(qiáng)有力和有組織的方式了解到在兩種人細(xì)胞類型---一種癌細(xì)胞系和胚胎干細(xì)胞中30種染色質(zhì)調(diào)節(jié)物是如何工作的,。通過這種方式,，我們了解到很多關(guān)于它們的組裝和它們彼此間關(guān)聯(lián)方式的信息。”
特別地,，研究小組發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)調(diào)節(jié)物以模塊(module)或成組的方式一起運(yùn)作,。在癌細(xì)胞系中，他們檢測到6個不同的模塊,，而且在每個模塊內(nèi)發(fā)現(xiàn)雙功能性(bifunctionality)：特定激活物和抑制物一起在運(yùn)轉(zhuǎn),，就像是齒輪相互嚙合在一起,。Goren解釋道，“我們發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)調(diào)節(jié)區(qū)域中的這種模塊性和雙功能性,。我們認(rèn)為這有助于細(xì)胞進(jìn)行微調(diào)調(diào)控,，就像精致刻度盤一樣，能夠按照需要進(jìn)行調(diào)節(jié),。”
再者,，研究人員觀察到統(tǒng)計學(xué)證據(jù)：同樣的調(diào)節(jié)物能夠參與到不同組中或或者說將不同組連接在一起。這本質(zhì)上不是物理結(jié)合(physical association)---盡管可能也存在---,，而是人們要理解調(diào)節(jié)物能夠根據(jù)它們的功能加入到很多不同的組,。一些結(jié)合是非常強(qiáng)的，而其他的結(jié)合則是比較弱的,。Goren說,，“根據(jù)復(fù)合物中調(diào)節(jié)物的不同，它的活性可能也是不同的,。這有點(diǎn)類似于告訴我誰是你的朋友,，而我則告訴為了謀生該做什么。”
展望未來,，研究小組希望根據(jù)染色質(zhì)調(diào)節(jié)物活性的類型預(yù)測組蛋白修飾模式,。通過利用RNAi技術(shù)，他們將研究移除一個染色質(zhì)-調(diào)節(jié)物模塊中一個組分的影響,。Epstein補(bǔ)充到,，“這將允許我們從功能上理解當(dāng)干擾特定染色質(zhì)調(diào)節(jié)物時會發(fā)生什么。”
如今大量的癌癥基因組研究正發(fā)現(xiàn)特定染色質(zhì)調(diào)節(jié)物發(fā)生突變,。提出在癌癥治療中使用染色質(zhì)調(diào)節(jié)物--所謂表觀遺傳調(diào)節(jié)物---的抑制物的觀點(diǎn)也是非常令人振奮的,。Epstein說，“我們的論文為研究染色質(zhì)調(diào)節(jié)復(fù)雜性打開一片新天地,。通過詳細(xì)描述這種復(fù)雜性,，我們希望在癌癥中特異性突變和這是否可能產(chǎn)生更好的診斷和治療方法方面獲得新的啟示。”(生物谷：towersimper編譯)
doi:10.1016/j.cell.2011.09.057
PMC:
PMID:
Combinatorial Patterning of Chromatin Regulators Uncovered by Genome-wide Location Analysis in Human Cells
Oren Ram, Alon Goren, Ido Amit, Noam Shoresh, Nir Yosef, Jason Ernst, Manolis Kellis, Melissa Gymrek, Robbyn Issner, Michael Coyne, Timothy Durham, Xiaolan Zhang, Julie Donaghey, Charles B. Epstein, Aviv Regev
Hundreds of chromatin regulators (CRs) control chromatin structure and function by catalyzing and binding histone modifications, yet the rules governing these key processes remain obscure. Here, we present a systematic approach to infer CR function. We developed ChIP-string, a meso-scale assay that combines chromatin immunoprecipitation with a signature readout of 487 representative loci. We applied ChIP-string to screen 145 antibodies, thereby identifying effective reagents, which we used to map the genome-wide binding of 29 CRs in two cell types. We found that specific combinations of CRs colocalize in characteristic patterns at distinct chromatin environments, at genes of coherent functions, and at distal regulatory elements. When comparing between cell types, CRs redistribute to different loci but maintain their modular and combinatorial associations. Our work provides a multiplex method that substantially enhances the ability to monitor CR binding, presents a large resource of CR maps, and reveals common principles for combinatorial CR function
