Head-to-Head基因的转录调控和空间相互作用

真核生物基因组中大约10%的基因以头对头(head-to-head,H2H)的方式排列,每个基因对间转录起始位点间隔近1kb。H2H基因对倾向于共表达、功能协同。虽然目前有很多有关双向启动子的研究,但是,H2H基因的转录调控机制仍有待深入研究,尤其是H2H基因对的协同调控。

上海生物信息技术研究中心李园园研究员带领团队合作阿斯利康公司使用核染色质关联Hi-C数据鉴定出相互作用的H2H基因对,并在有/无转录因子(transcription factors,TFs)结合的两种情况下,比较整合后的ChIP-seq数据与H2H基因对数据。在使用ChIP-seq和DNase-seq数据的情况下,我们鉴定出了以H2H基因对排列的组蛋白基因和DNA聚合酶(DNase)基因。此外,我们还探索了人类共表达网络中H2H基因间的关联性。

研究人员发现i)由2个H2H基因对组成的单个基因(基因内H2H结构),和以H2H方式排列(基因间H2H结构)的两个基因有相似的特性:空间上相互作用,共享一个转录因子(TFs); ii)基因间和基因内 H2H对的转录因子分布不同。例如HEY1,GABP,Sin2Ak-20,POL2,E2F6,和c-MYC因子对基因间H2H对的双向转录是必须的;而CTCF, BDP1, GATA2, RAD21, 和POL3 因子对基因内H2H对的连续表达起重要作用; iii)H2H基因区域的DNase结合区更多,组蛋白修饰更密集,这些特征都能促进转录; iv)与非H2H方式排列的基因相比,H2H基因更倾向于共表达。

研究人员表示,在研究在空间相互作用方面为揭示H2H基因转录调控的机制奠定了基础。双向启动子调控基因间H2H基因对的转录,而基因内H2H基因对,或许通过空间相互作用进行调控。此两种H2H基因对的转录调控方式组成了一个高度紧密复杂的调控网络。该研究发表在2014年《BMC Genomics》杂志上。

参考文献:

Transcriptional regulation and spatial interactions of head-to-head genes.Yunqin Chen,et al.BMC Genomics.2014

作者简介:

李园园:上海生物信息技术研究中心研究员,主任助理。清华973国家重点基础研究发展计划项目《基于新一代测序的生物信息学理论与方法》第一课题组学术骨干。主要研究方向为,借助生物学网络分析揭示生物系统特定条件下的调控机制。