方法文章

用于选择基因和组织特异性增强子的基于 Web 的工作流程

DOI：

10.3791/66840

⸱

2025年7月18日

 ,  ,  , 
1Department of Paediatrics, Faculty of Medicine, Dentistry and Health Sciences, University of Melbourne, 2Australian Regenerative Medicine Institute, Monash University, 3Stem Cell Medicine Department, Murdoch Children's Research Institute, The Royal Children's Hospital, 4The Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine, reNEW Melbourne, Murdoch Children's Research Institute, 5Systems Biology Institute (SBI) Australia

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

我们为生物学家提供了一种无需编码的工作流程，只需使用基于浏览器的工具即可识别组织特异性基因增强子。我们的方案利用公开的 H3K4me1/H3K27ac 组蛋白标记和 Hi-C 数据，使没有编程专业知识的研究人员能够访问、分析和识别与其目标基因相关的潜在调节元件。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

增强子是调节基因表达的 DNA 区域。增强子内的突变可导致异常基因调控，从而导致疾病。因此，鉴定调节特定组织中基因活性的增强子对于理解疾病的遗传基础至关重要。然而，增强子很难识别，因为它们不编码蛋白质。虽然有许多增强子存储库和鉴定工具可用，但这些工具的复杂性可能会给生物学家带来挑战。为了帮助生物学家使用这些资源，我们提出了一种生物学家友好的方案 （https://github.com/Ramialison-Lab/EnhancerWorkflow），该方案利用现有的基于网络的基因组学数据，如 H3K4me1 和 H3K27ac 组蛋白标记和染色质构象分析 （Hi-C） 数据来发现与增强子活性的目标组织中感兴趣的基因 （GoI） 相关的增强子。该协议完全基于 Web，不需要最终用户的编程技能。我们通过表征调节 TBX5 的候选增强子来证明这种方法的实用性，TBX5 是心脏发育的关键基因。该方案有助于识别左心室中与该基因相关的增强子。

引言

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

增强子是调节基因转录、发育和细胞分化的非编码 DNA 区域 1,2。增强子突变可导致各种疾病，包括发育障碍、癌症和其他遗传病 3,4,5,6。因此，了解增强子对于了解基因表达、突变和疾病至关重要。

要了解增强子如何与其靶基因相互作用，确定它们在基因组中的位置非常重要。然而，识别增强子的位置并不总是那么简单，因为增强子既可以位于转录起始位点 （TSS） 附近，也可以位于更远的地方，跨越数十到数百千碱基 2,7,8,9。

尽管增强子的基因组位置不可预测，但它们显示出独特的生化和结构特征，因此可以系统地追踪它们。通常，增强子往往在基因间和内含子区域富集，在外显子中发现少量增强子 2,8。它们通常以特异性组蛋白修饰和转录因子结合为标志，这定义了它们的调节作用并决定了它们在不同发育阶段和组织中的时空活动10,11。

ChIP-seq 用于鉴定转录因子结合位点 （TFBS） 和组蛋白修饰标记，例如增强子标志、H3K4me1、活性增强子标志、H3K27ac 和 H3K4me3 标记，这些标记在启动子区域1、12、13、14、15 处富集。染色质构象捕获 （3C） 技术及其衍生物，如 4C、5C、Hi-C 和 ChIA-PET，用于绘制遥远基因组区域之间的物理相互作用。3C 靶向特定组织中的特定相互作用，而 Hi-C 则提供跨细胞类型的全基因组结构16,17。

除了目前的方法外，还开发了专门的方法来表征增强子，包括合并增强子数据库，例如 EnhancerAtlas 或 EnhancerFinder18,19。然而，这些工具通常需要研究人员整合多个数据集来研究许多组织中的多个增强子，这对于没有生物信息学和数据挖掘经验的生物学家来说可能会让人不知所措。

在这里，我们描述了一种用户友好的协议来选择增强子，完全基于现有的 Web 工具。这使研究人员能够查询目标基因 （GoI） 并检索相应的增强子。此处的方案根据一组特定的标准选择增强子：组蛋白修饰、染色质相互作用和组织特异性 1,12,13,14,15,16,17,20,21。与位于基因22 之间的基因组区域的基因间增强子相比，在内含子中发现的增强子更有可能显示组织特异性活性。为了确保全面覆盖潜在的活性增强子，我们定义了两个相邻 GoI 之间的搜索范围，以增加捕获位于基因体外部的调节元件的可能性。我们使用增强子特异性表观遗传标志 H3K4me1 和活性增强子标志 H3K27ac 来列出候选增强子。然后根据 Hi-C 数据对这些候选子进行提炼，保留与相应启动子发生物理相互作用的增强子。该协议旨在指导生物学家仅使用公开可用的基于 Web 的工具完成增强子鉴定过程。通过整合表观遗传学和染色质相互作用数据，此处描述的方法提供了一个实用的框架，以生成有关潜在增强子的假设，以便进一步实验验证。

方案

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

注意：https://github.com/Ramialison-Lab/EnhancerWorkflow 上提供了分步演练。 表 1 和 表 2 总结了协议中使用的数据。 补充文件 1 中提供了故障排除。

1. 定位 GoI（图 1）

  1. 打开 EnsEMBL 基因组浏览器 （https://www.EnsEMBL.org）。
  2. 选择与物种和版本相匹配的适当基因组组装。
  3. 在搜索字段中输入 GoI，然后单击 Go。
  4. 选择相应 EnsEMBL 基因 ID 的链接。
  5. 单击位于摘要部分下方的 Region in details 选项卡查看器的链接，以导航 GoI 周围的区域。

2. 定义增强子检测区域（图 2）

  1. 确定 GoI 的两个相邻基因以定义检测区域。使用 Gene Legend 轨迹搜索这些基因，这些基因在 Basic Gene Annotations from GENCODE 轨迹中被注释为与合并的 EnsEMBL/Havana 相关的视觉元素。通过 GENCODE 轨迹中相应基因名称上的 < 和 > 符号确定 GoI 的方向性。
  2. 单击并拖动以选择这些基因之间的基因间区域，然后单击弹出框中的 Jump to region 以可视化所选区域。通过重复此步骤，随时重新定义感兴趣区域。
  3. （可选）通过选择轨道查看器顶部的 Add/remove tracks 来自定义显示。使用轨迹查看器上方的缩放/导航控件调节缩放级别。

3. 组蛋白标记分析（图 3）

  1. 在 Region in detail 选项卡查看器的侧边栏中，选择 Configure this page。
  2. 在 Configure Region Image 选项卡显示的侧边栏中，在 Regulation 下拉列表下，选择 Activity by Cell/ Tissue。
  3. 使用 Cell/Tissue 搜索栏搜索并选择感兴趣的组织。或者，使用搜索栏下的按字母顺序排列的导航栏查找感兴趣的组织。
  4. 选择 Cell/Tissue 旁边的 Experiments 选项卡。
  5. 选择 H3K4me1 和 H3K27ac 作为增强子的标志物，选择 H3K4me3 作为启动子的标志物。
  6. 选择 Configure track display（配置轨道显示）。
  7. 选择 View tracks 以可视化增强子检测区域中的 H3K4me1 标记区域和 GoI 上游的 H3K4me3 标记区域。
  8. 对于候选增强子，通过单击新添加的 H3K4me1 轨道中的彩色视觉/框元素，检索定义检测区域内由 H3K4me1 标记的基因组区域的坐标。这揭示了“Hists & Pols”弹出窗口，其中包含了该元件在碱基对（bp）中的基因组位置信息。
    1. 通过选择 H3K4me1 和 H3K27ac 的彩色视觉/框元素重叠的 H3K4me1 区域来检索活性增强子候选物。缩放级别的粒度可能会影响此轨道中显示的候选增强器的数量。
    2. 或者，通过单击并拖动轨迹来手动定义每个基因组特征的感兴趣区域，以将图形峰封装在 H3K4me1/H3K27ac 轨迹下。将基因组位置坐标复制到文本文件中，并另存为 .bed 格式。
  9. 同样，对于启动子区域，使用 H3K4me3 轨道复制步骤 3.8，重点关注 GoI 上游的区域。

4. 染色质构象捕获 （Hi-C） 分析（图 4）

  1. 访问 4DN 数据门户 （https://data.4dnucleome.org/）。在 4DN 主页的主堆叠条形图（图 5）中，确保选择 实验集 作为 Y 轴，选择 实验类型 作为 X 轴，并且图按 生物体分组。
  2. 沿着主条形图的 X 轴，找到 原位 Hi-C 条形。单击为 Human Experiment Sets （人体实验集） 分组的栏部分，然后单击弹出窗口中的 Browse （ 浏览 ） 按钮。使用左侧面板筛选相关数据集。
  3. 单击目标组织的相关生物样品的 Title 列中的链接。
  4. 单击 Processed Files 选项卡中的 Explore Data 以更详细地浏览 Hi-C 数据集。
  5. 在感兴趣的组织中输入已识别的启动子的坐标（从步骤 3.9 开始），并通过右键单击热图水平标记区域（图 4）。添加的行可确保在热图中直观地跟踪启动子区域。通过右键单击线条并选择 horizontal/vertical rule 和 Close Series 来删除意外线条。
  6. 输入所有经过实验验证的对照增强剂23 的坐标，以根据它们的最小值计算相互作用阈值。这些对照增强子先前已被证实与启动子区域相互作用，作为定义最小显著相互作用的基准。
  7. 根据矩阵右侧的颜色键，使用控制增强器，根据最低的非零交互分数定义启动子-增强器阈值。
  8. 输入所有 H3K4me1 相关区域的基因组坐标（从步骤 3.8 开始）并在 Hi-C 热图上垂直标记。这允许交叉检查模式，其中可以检查 H3K4me1 标记的增强子（垂直）和启动子区域（水平）之间的交叉是否存在显着的相互作用。
    1. 然后，通过将 H3K4me3 标记区域的相互作用分数与相互作用阈值进行比较（步骤 4.6）来过滤掉弱相互作用区域。
    2. 选择交互频率高于 4DN 门户热图中定义的阈值的基因组坐标。这些区域在热图中显示为更集中（更暗）的信号，以 BED 格式保存。

结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

为了说明所提出的方案的使用，我们研究了人类心脏中的 TBX5 基因，使用涉及 H3K4me1、H3K27ac 和 Hi-C 数据的综合工作流程探索 TBX5 相关增强子。 TBX5 是一种有助于肢体和心脏发育的基因，包括四个腔室的形成和隔膜分离24。该基因突变是 Holt-Oram 综合征 （HOS） 的主要原因，该综合征会导致肢体异常和先天性心脏病 （CHD），包括隔膜缺陷24。 TBX5 相关心脏增强子的突变可能对 CHD24 产生严重影响。之前的一项研究在人心脏特异性组织中发现了三种已知的 TBX5 增强子——即“增强子 2”、“增强子 9”和“增强子 16”（补充文件 2），它们被证明在转基因小鼠中具有比较表型23。

我们研究了 RBM19 和 TBX3 之间富含 H3K4me1 和 H3K27ac 的区域，这是人类 TBX5 下游和上游的两个侧翼基因，以检索 TBX5 基因座处的假定增强子（图 1 和 图 2）。为了识别心脏特异性增强子，选择了心肌细胞。将推定的 TBX5 心脏增强子区域检索为坐标 （chr12： start-end），并确定了 22 个 H3K4me1 和 H3K27ac 相关区域 （图 3 和 补充文件 3）。从 EnsEMBL 基因组数据库中检索推定的 TBX5 心脏增强子，以交叉引用 4DNucleome 数据库中保存的 Hi-C 数据（图 4）。这样做是为了衡量潜在增强子和 TBX5 心脏启动子之间可能的相互作用。按照此处描述的方案，证实 22 个基因组区域中的 21 个与心肌细胞中的 TBX5 启动子 （chr12： 114400143-114410103） 相互作用（补充文件 4）。有一个区域与启动子没有物理相互作用（图 4，步骤 4.8）。最后，我们将该方案与这些经过生物学验证的增强子和当前心脏增强子的金标准数据库 VISTA 心脏增强子浏览器进行了比较，并揭示了数据库25 当前未捕获的其他增强子。

我们将此处介绍的方案检索到的 21 个 TBX5 增强子与现有数据库进行了交叉比较。我们从 VISTA 心脏增强器浏览器 （补充文件 5）25 中检索到 4 个 TBX5 增强子。在 VISTA 鉴定的 4 个心脏增强子中，3 个增强子 hs2329 、 mm1282 和 m370 与该基于 Web 的增强子检测方案鉴定的区域重叠（图 5）。每个预测的增强子还与先前实验验证的增强子共享基因组区域，这些增强子来自 Smemo 等人23、增强子 2 （chr12：114025907-114026275， GRCh38） 和增强子 16 （chr12：114415466-114420433， GRCh38），而它们没有显示与增强子 9 （chr12：114263402-114266886， GRCh38） 的重叠。作为 VISTA 鉴定的增强子之一，hs498 与该方案或 Smemo 等人经实验验证的增强子23 的任何预测增强子不重叠（图 5），即使该区域显示与 H34Kme1 标记部分重叠（图 5）。同样，增强子 9 与该管道预测的增强子不重叠，但与 H3K4me1 标记相关（图 5）。

figure-results-1
图 1：在 EnsEMBL 基因组浏览器中查找 GoI 的分步指南。 用户首先打开 EnsEMBL 主页 （1.1），选择物种 （Human），然后在搜索栏中输入基因 （1.2-1.3）。从结果列表中，选择适当的基因 ID （1.4），这将打开基因摘要页面。然后，用户单击 Region in Detail 超链接 （1.5） 以可视化 GoI 周围的基因组区域，包括相邻元件和调节特征。 请单击此处查看此图的较大版本。

figure-results-2
图 2：使用 EnsEMBL 基因组浏览器定义 GoI 周围的增强子检测区域。 为了定义增强子检测区域，使用 来自 GENCODE 轨道的基本基因注释 识别 GoI 两侧的两个相邻基因，其中基因显示为用合并的 EnsEMBL/Havana 注释标记的深黄色块。每个基因的转录方向由基因名称 （2.1 ） 旁边的箭头 （< 或 >） 表示。要选择相邻基因之间的基因间区域，请单击并拖动感兴趣的区域，然后在弹出框中选择 Jump to region 以放大 （2.2）。要添加与监管或增强器相关的注释，请单击 Add/remove tracks （2.3）。 请单击此处查看此图的较大版本。

figure-results-3
图 3：使用 EnsEMBL 基因组浏览器在增强子检测区域中配置组蛋白修饰轨迹。 在左侧工具栏中，单击 “配置此页面 （3.1）”以访问轨道配置面板，并导航到“调节”部分 （3.2） 下的“按细胞/组织划分的活动”。在打开的选项卡中，选择“实验”部分 （3.3），然后使用细胞/组织搜索栏查找并选择您感兴趣的组织（心肌细胞）（3.4）。在组蛋白标记面板 （3.5） 中，启用 H3K4me1 和 H3K27ac 作为活性增强子标记，启用 H3K4me3 作为启动子标记，然后单击“配置轨迹显示”（3.6）。确认轨迹选择后，单击“查看轨迹”（3.7） 返回基因组查看器。组蛋白标记峰现在在检测区域 （3.8） 中显示为相应组织标记下的彩色块（黄色：H3K4me1，蓝色：H3K27ac，橙色：H3K4me3）。“Hists & Pols”弹出窗口包含该区域的基因组坐标，以碱基对（chr：start-end）为单位，可以复制并保存以供下游分析。点击轨道中的彩色元素后，会出现一个 “Hists & Pols” 弹出窗口。弹出窗口包含碱基对中区域的基因组坐标（例如，启动子区域的 chr12：11443450-114451611），可以复制并保存以供下游分析 （3.8）。同样，要提取候选增强子，请优先考虑 H3K4me1 和 H3K27ac 峰重叠的区域，如跨轨迹的峰和框的垂直对齐 （3.9） 所示。可以通过单击重叠区域的框直接选择重叠区域，也可以通过手动单击并拖动对齐的峰来定义区域（例如，chr12：114400143-114410103 表示活动候选区域）。弹出窗口中显示的坐标应以 BED 格式保存，以便进行下游验证或可视化。 请单击此处查看此图的较大版本。

figure-results-4
图 4：使用来自 4D 核组数据门户的 Hi-C 热图可视化启动子-增强子染色质相互作用。 4D 核组数据门户主页显示一个堆叠条形图，按生物体汇总了可用的实验类型。通过单击条形图的相应部分 （4.1） 来选择人类样品的“原位 Hi-C”数据集。将显示相关数据集的筛选列表;选择源自分化为心脏成肌细胞的 H9 细胞的 Hi-C 数据集 （4.2）。所选数据集 （4.3） 将通过 Explore Data 按钮 （4.4） 在 HiGlass 浏览器中打开。在坐标框 （4.5） 中输入感兴趣的基因组区域，并将接触矩阵呈现为彩色缩放热图。较深的颜色（深红色到黑色）表示较强的染色质接触频率，而较浅的颜色（白色到橙色）表示较弱的相互作用。在启动子坐标处放置水平尺，在三个经过实验验证的对照增强子 （4.6） 的位置绘制垂直尺。这些交集用于定义严格的交互阈值，由启动子-增强子触点中最强的可见信号（最深的颜色）设置 （4.7）。在候选 H3K27ac 和 H3K4me1 标记的增强子的位置绘制额外的垂直规则（从步骤 3.8 开始）。启动子-增强子交叉点等于或暗于阈值的候选子被保留，而信号较弱（较浅的色方块）的候选子被排除在外 （4.8）。手动提取保留的坐标并以 BED 格式保存以供下游分析。（a. 增强子 2、b. 增强子 9 和 c. 增强子 16） 请单击此处查看此图的较大版本。

figure-results-5
图 5：预测的 TBX5 增强子与 VISTA 验证的心脏增强子和对照增强子的基因组浏览器视图。 基因组浏览器快照显示增强子搜索范围 （STEP 2），将基于 Web 的方案检索到的预测增强子（底部）与 VISTA 验证的增强子（顶部）和实验验证的对照增强子（中）进行比较。主面板显示了带有注释调节元件的完整基因组位点，包括心肌细胞特异性 H3K4me1（黄色）、H3K27ac（蓝色）和 H3K4me3 峰（橙色）。三个放大图捕获了方案检索到的 VISTA 和对照增强子之间的比对。与控制增强器的重叠用红色框勾勒出来。每个子区域的坐标都显示在浏览器下方的面板中。 请单击此处查看此图的较大版本。

表 1：研究中使用的数据。请点击此处下载此表格。

表 2：研究中使用的基于 Web 的工具。请点击此处下载此表格。

补充文件 1：EnsEMBL Genome Browser 的故障排除说明。 请点击此处下载此文件。

补充文件 2：GRCh38 格式的 BED 文件，经实验验证的 TBX5 心脏控制增强剂23。请点击这里下载此文件。

补充文件 3：GRCh38 格式的 BED 文件， 通过 STEP3 从 EnsEMBL 检索的 TBX5 心脏增强剂。请单击此处下载此文件。

补充文件 4：GRCh38 格式的 BED 文件， 通过 STEP4 从 EnsEMBL 检索的 TBX5 心脏增强剂。请单击此处下载此文件。

补充文件 5：GRCh38 格式的 BED 文件，从 VISTA 心脏增强器浏览器中检索的 TBX5 心脏增强器 25。请单击此处下载此文件。

讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

此处描述的基于 Web 的协议用作增强子检索的工作流程，而不是增强子预测。通过利用公开可用的组织特异性数据集、组蛋白修饰（H3K4me1 和 H3K27ac）和 Hi-C 相互作用数据，它缩小了与 GoI 相关的潜在增强子的范围。与依赖于机器学习或基于序列模型的计算预测工具不同，我们的方法仅侧重于根据实验数据检索增强子。 补充文件 1 中提供了 EnsEMBL 基因组浏览器的故障排除说明。

该工作流程集成了组蛋白标记和染色质相互作用数据等关键元素，类似于 ChIA-PET 和 PLAC-seq 等高级方法，它们以更高的准确性绘制增强子-启动子相互作用10,11。然而，当高分辨率实验技术不可行时，这种方法是有益的，因为该方案的资源密集度较低，可以节省大量时间。

上述方法的主要限制是它依赖于现有数据集的可用性和质量，这可能会影响检索到的交互的精度。在 TBX5 相关基因突变的背景下研究心脏发育过程中的增强子活性需要组织特异性分辨率。对于此类分析，胚胎心脏组织将是最合适的，因为它与发育调节相关。然而，在分析时，没有包含组蛋白修饰数据的胚胎数据集是公开的。为了解决这个问题，集成 ENCODE、Enhancer Atlas 2.0 或 EnhancerFinder 等替代资源可以通过为增强子识别和验证提供额外的数据集来扩展管道的效用18,19。

在 TBX5 REPFIX 中，基于 H3K4me1 的分析揭示了 22 个假定的增强子，作为进一步研究的起点。随后的 Hi-C 分析显示，基于先前组蛋白修饰标记的 22 个候选增强子中有 21 个与心肌细胞中的 TBX5 启动子相互作用（图 5）。这支持了基于组蛋白修饰标记的方法在预测感兴趣区域方面的可靠性。

我们选择不优先考虑该方案中跨物种的序列保守，尽管这是识别增强子的通用标准。因为它之前被证明对组织或物种特异性增强子的效果较差，其中许多增强子在进化过程中并不强烈保守26。鉴于此，我们选择专注于更直接指示功能增强子活性的基于染色质的标记物。然而，序列守恒在特定情况下可能仍然具有价值，例如研究具有进化意义的增强子。在这种情况下，对于对保守监管元素感兴趣的用户，可以将其添加为可选步骤。

该方案被证明可有效从 EnsEMBL 网站检索 TBX5 基因的 21 个心脏特异性增强子，而现有平台 VISTA Cardiac Enhancers Browser 之前无法识别该增强子。尽管此处描述的方案无法检索到其中一种增强子 hs498，这表明检测可能存在限制，但该方法发现了一些 VISTA 心脏增强子浏览器未检测到的增强子。然而，对检索到的增强子的进一步验证是必要的，因为与精选的 VISTA 数据库相比，该协议产生了更多的推定区域。较高的计数会增加假阳性的风险，并且预测的增强子数量越多并不一定表示特异性或功能相关性更高。结合额外的实验数据集或功能分析，如基因表达分析、CRISPR 扰动或报告基因分析，对于确认 Smemo 等人所进行的这些候选基因的生物学有效性至关重要。S 研究23.

与三个实验验证的增强子的交叉比较显示与预测区域部分重叠（图 5）。预测的增强子 “e1” 比经过验证的增强子 2 定位更广泛，而 “e18” 与增强子 16 部分重叠（图 5）。这些结果表明，这种方法成功地识别了具有已知调节活性的区域，尽管预测的增强子的更广泛跨度可能反映了增强子边界的灵活性。增强子通常作为模块化元件发挥作用，其活性可能取决于染色质环境、细胞类型和发育时间 2,27。因此，预测区域可能包括核心活性位点和有助于调节功能的相邻序列，尽管需要实验验证以确定这些更广泛预测的哪些部分在组织特异性或发育环境中具有功能活性。虽然 VISTA 心脏增强子浏览器在定义范围内确定了四个区域，但只有一个增强子 mm370 与经过实验验证的增强子 Enhancer 16 部分重叠，特别是在 H3K4me1 标记的区域（图 5）23。mm370 的剩余部分与增强子 16 不重叠，可能表明增强子28,29 的非功能或无活性亚区。

披露

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者报告没有利益冲突。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

我们感谢 Ramialison 实验室（转录组学和生物信息学，reNEW 生物信息学中心）的成员进行有益的讨论。MR 和 HTN 由 NHMRC 创意资助 （APP1180905） 提供支持。我们感谢 Richard Saffery 的支持。MR 由心脏基金会未来领袖奖学金 （107328） 资助。澳大利亚政府国家卫生和医学研究委员会独立研究所基础设施支持计划为默多克儿童研究所提供了额外的基础设施资金。澳大利亚再生医学研究所得到了维多利亚州政府和澳大利亚政府的资助。诺和诺德基金会干细胞医学中心得到了诺和诺德基金会赠款 （NNF21CC0073729） 的支持。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
计算机工作站不适用不适用支持网络浏览器的计算机，Windows/Mac/Linux作系统
4DN 数据门户4DN 数据门户https://data.4dnucleome.org/
星系星系https://usegalaxy.org/published/history?id=aff5db4e07064445
Github的Github的https://github.com/Ramialison-Lab/EnhancerWorkflow
VISTA VISTA 心脏增强器浏览器https://portal.nersc.gov/dna/RD/heart/

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Barral, A., Déjardin, J. The chromatin signatures of enhancers and their dynamic regulation. Nucleus. 14 (1), 2160551(2023).
  2. Pennacchio, L. A., Bickmore, W., Dean, A., Nobrega, M. A., Bejerano, G. Enhancers: five essential questions. Nat Rev Genet. 14 (4), 288-295 (2013).
  3. Kleinjan, D. A., van Heyningen, V. Long-range control of gene expression: emerging mechanisms and disruption in disease. Am J Hum Genet. 76 (1), 8-32 (2005).
  4. Kvon, E. Z., Waymack, R., Gad, M., Wunderlich, Z. Enhancer redundancy in development and disease. Nat Rev Genet. 22 (5), 324-336 (2021).
  5. Smith, E., Shilatifard, A. Enhancer biology and enhanceropathies. Nat Struct Mol Biol. 21 (3), 210-219 (2014).
  6. Sur, I., Taipale, J. The role of enhancers in cancer. Nat Rev Cancer. 16 (8), 483-493 (2016).
  7. Panigrahi, A., O'Malley, B. W. Mechanisms of enhancer action: the known and the unknown. Genome Biol. 22 (1), 108(2021).
  8. Bulger, M., Groudine, M. Functional and mechanistic diversity of distal transcription enhancers. Cell. 144 (3), 327-339 (2011).
  9. Krivega, I., Dean, A. Enhancer and promoter interactions-long distance calls. Curr Opin Genet Dev. 22 (2), 79-85 (2012).
  10. Zhang, Y., et al. Chromatin connectivity maps reveal dynamic promoter-enhancer long-range associations. Nature. 504 (7479), 306-310 (2013).
  11. Fang, R., et al. Mapping of long-range chromatin interactions by proximity ligation-assisted ChIP-seq. Cell Res. 26 (12), 1345-1348 (2016).
  12. Park, P. J. ChIP-seq: advantages and challenges of a maturing technology. Nat Rev Genet. 10 (10), 669-680 (2009).
  13. Thurman, R. E., et al. The accessible chromatin landscape of the human genome. Nature. 489 (7414), 75-82 (2012).
  14. Heintzman, N. D., et al. Distinct and predictive chromatin signatures of transcriptional promoters and enhancers in the human genome. Nat Genet. 39 (3), 311-318 (2007).
  15. Visel, A., et al. ChIP-seq accurately predicts tissue-specific activity of enhancers. Nature. 457 (7231), 854-858 (2009).
  16. Belton, J. -M., McCord, R. P., Gibcus, J. H., Naumova, N., Zhan, Y., Dekker, J. Hi-C: a comprehensive technique to capture the conformation of genomes. Methods. 58 (3), 268-276 (2012).
  17. de Wit, E., de Laat, W. A decade of 3C technologies: insights into nuclear organization. Genes Dev. 26 (1), 11-24 (2012).
  18. Gao, T., Qian, J. EnhancerAtlas 2.0: an updated resource with enhancer annotation in 586 tissue/cell types across nine species. Nucleic Acids Res. 47 (D1), D117-D123 (2019).
  19. Erwin, G. D., et al. Integrating diverse datasets improves developmental enhancer prediction. PLoS Comput Biol. 10 (6), e1003677(2014).
  20. Heintzman, N. D., et al. Histone modifications at human enhancers reflect global cell-type-specific gene expression. Nature. 459 (7243), 108-112 (2009).
  21. Spicuglia, S., Vanhille, L. Chromatin signatures of active enhancers. Nucleus. 3 (2), 126-131 (2012).
  22. Borsari, B., et al. Enhancers with tissue-specific activity are enriched in intronic regions. Genome Res. 31 (8), 1325-1336 (2021).
  23. Smemo, S., Campos, L. C., Moskowitz, I. P., Krieger, J. E., Pereira, A. C., Nobrega, M. A. Regulatory variation in a TBX5 enhancer leads to isolated congenital heart disease. Hum Mol Genet. 21 (14), 3255-3263 (2012).
  24. Boogerd, C. J., Evans, S. M. TBX5 and NuRD divide the heart. Dev Cell. 36 (3), 242-244 (2016).
  25. Dickel, D. E., et al. Genome-wide compendium and functional assessment of in vivo heart enhancers. Nat Commun. 7 (1), 12923(2016).
  26. Pennacchio, L. A., Visel, A. Limits of sequence and functional conservation. Nat Genet. 42 (7), 557-558 (2010).
  27. Local, A., et al. Identification of H3K4me1-associated proteins at mammalian enhancers. Nat Genet. 50 (1), 73-82 (2018).
  28. Creyghton, M. P., et al. Histone H3K27ac separates active from poised enhancers and predicts developmental state. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (50), 21931-21936 (2010).
  29. Visel, A., Minovitsky, S., Dubchak, I., Pennacchio, L. A. VISTA Enhancer Browser-a database of tissue-specific human enhancers. Nucleic Acids Res. 35 (Database), D88-D92 (2007).

重印与许可

申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表

申请许可

标签

H3K4me1 H3K27ac Hi C Ensembl

相关文章