白癜风怎么治疗呢 http://pf.39.net/bdfyy/越来越多的研究表明，超级增强子是基因表达的重要调控元件，但是我们对它的内在特性了解得并不全面。年，来自哈佛大学公共卫生学院的研究团队通过对Hi-C和ChIP-seq数据的多组学整合分析，发现了超级增强子是由层级结构（hierarchy）组成的，其中包含有核心增强子（hubenhancer）和非核心增强子。何谓核心增强子？下面我们一起了解一下它的特性以及对疾病的影响吧！
部分超级增强子含有层级结构
研究者研发了一个新的计算方法，结合高分辨率的Hi-C和ChIP-seq数据进行分析，流程图如下：
图1.a.算法流程图。b.层级化的增强子（左）与非层级化增强子（右）。
先用标准的ROSE算法定义超级增强子。简单来说，就是基于H3K27acChIP-seq峰来定义邻近的增强子元件，并根据H3K27acChIP-seq信号排序，排名前列的区域为超级增强子。为了给每个超级增强子相关的层级结构程度进行定量，研究者定义了一个计算标准，叫做层级评分（hierarchicalscore），简称H评分：首先，把超级增强子分成一个个5kb长的区间，匹配Hi-C数据的分辨率；然后，将每个超级增强子区间的染色质相互作用频率标准化，称为Z评分；第三，计算每个超级增强子所有区间中最大的Z评分，并参考这个超级增强子的H评分，高的H评分表明存在与超级增强子相关的染色质相互作用（图1b）；第四，根据H评分的阈值，研究者将所有超级增强子分成两类，一类是层级化的超级增强子，另一类是非层级化的超级增强子。
根据上述的计算方法，如果层级化的超级增强子（HierarchicalSEs）里的一个增强子元件，与一个Z评分高于H评分阈值的区间重叠，那么它就是一个核心增强子，这个超级增强子中的其他增强子就是非核心增强子。研究者用这个流程分析了K细胞和GM细胞的Hi-C和ChIP-seq公共数据，分别发现了超过个超级增强子；然后又分别从K细胞和GM细胞的超级增强子中鉴定得个和个层级化的超级增强子。层级化超级增强子的ROSE算法排名会比非层级化超级增强子更高。通过GREAT功能分析，研究者发现层级化的超级增强子的细胞类型特异的生物学过程相关GO注释会更丰富，比如K细胞的会有血液凝固相关的注释，GM细胞会有B细胞稳态相关的注释。这些结果表明层级化的超级增强子在维持细胞身份方面具有重要作用。图2.具层级结构和不具层级结构的超级增强子的：c.占比；d.ROSE排名；e.GREAT功能分析研究者比较了核心超级增强子、非核心超级增强子和普通增强子的H3K4me1ChIP-seq信号，发现没有显著差异。超级增强子的显著特征之一就是富含有细胞类型特异主要调控因子和激活因子。所以研究者比对了转录因子结合图谱，发现核心增强子含有显著更高的层级结构调控主要因子ChIP-seq结合信号，比如K细胞的GATA1和TAL1，GM细胞的PAX5和EBF1。此外，核心增强子的上的组蛋白乙酰转移酶p（活性增强子的激活因子）也更多。综上所述，核心和非核心增强子在活性增强子相关的组蛋白修饰和层级结构特异的转录因子方面有着一些不同点。图3.K细胞核心增强子的染色质图谱
核心增强子富集cohesin和CTCF结合位点
核心和非核心增强子是基于染色质相互作用频率定义的，因此研究者比较了两组增强子cohesin和CTCT这两个介导远距离增强子-启动子相互作用以及DNAlooping的重要因子的结合情况。CTCF和两种cohesin元件SMC3和RAD21的ChIP-seq图谱显示，核心增强子与这3种因子的结合显著更多。
图4.K细胞中4种增强子的两个cohesin元件SMC3(a)和RAD21(b)，以及CTCF(c)的空间分布情况。研究者比较不同CTCF结合位点相关的motif评分分布。核心增强子的TAD边界相关的CTCF位点motif评分比非核心增强子的要高，CTCFChIP-seq信号也更强。图5.f.CTCF-motif-matching评分。i.含有核心和非核心增强子的超级增强子层级结构模型图。核心增强子高度富集CTCF和cohesin结合位点，功能上作为一个结构核心，协调非核心增强子和其他远端调控元件。
核心增强子富集疾病相关的突变
遗传变异与调控基因组元件常常与靶基因的表达突变有关。表达数量性状基因座（eQTL）富集分析是一个评估调控潜力的客观的、定量的标准。研究者比对了GTExeQTL数据库中核心、非核心和普通增强子跟基因表达密切相关的eQTL频率，且重新定义了一个富集评分，然后发现核心增强子富集的eQTLs远多于非核心增强子（图6a）。研究者还比较了GWAS鉴定的疾病相关遗传突变，结果显示核心增强子富集的GWASSNP更多（图6d）。以上数据表明，与超级增强子的其他元件相比，核心增强子富集了更多与疾病相关的遗传突变以及细胞类型特异的基因表达的遗传突变，表明核心增强子能够调控疾病发展，与疾病风险相关。
图6.K细胞核心增强子遗传突变的富集与细胞类型特异基因表达、疾病相关。a.全部组织的GTExeQTL数据中，核心增强子富集的eQTLs远多于非核心增强子。d.全部疾病的GWASSNPs中，核心增强子富集的GWASSNP更多。（柱形上方标注的n=？表示与eQTLs存在重叠的增强子数目；n.s.表示不显著notsignificant）。
核心增强子的功能研究
为了进一步研究核心增强子的功能性作用，研究者进行了实验筛选，随机选择根据他的模型预测的K细胞的层级化超级增强子进行试验：利用CRISPRidCas9-KRAB，在K细胞中表达靶向单个核心增强子或非核心增强子的sgRNA，qPCR检测超级增强子相关靶基因的表达，以此评估超级增强子活性。CRISPRi抑制了MYO1D超级增强子的两个非核心增强子之后，MYO1D的表达只产生了稍微的下调，但抑制了核心增强子的表达之后，MYO1D表达显著减少。
图7.c.CRISPRi抑制核心和非核心增强子的示意图。d.CRISPRi抑制核心和非核心增强子之后，qRT-PCR检测的MYO1DmRNA表达情况。研究者再检测敲降后同个增强子含有的TAD结构域所有基因的表达，发现检测的5个基因中有3个基因（MYO1D,TMEM98和SPACA3）的mRNA表达水平显著下降，另外两个基因影响较小，表明MYO1D超级增强子只调控这个TAD里面的部分基因（图8）。而敲降MYO1D核心增强子的CTCF结合位点，会导致MYO1D、TMEM98和SPACA3的显著下调，表明这个核心增强子中的CTCF结合元件是靶基因正确表达所必须的。综上，MYO1D超级增强子簇的核心增强子和CTCF结合位点是增强子活性以及靶基因表达所必须的。图8.对照组以及3个不同的敲除组的超级增强子TAD结构域所有基因的mRNA表达水平。最后，为了探究染色质与调控因子TF结合的影响，研究者对MYO1D核心、非核心增强子以及CTCF结合位点敲除细胞分别进行了ChIP-seq实验，结果表明，敲除非核心增强子，超级增强子相关的MYO1D和TMEM98基因的启动子或者增强子区域上的H3K27ac、主要调控因子GATA1和TAL1变化较小（图9）；相反，敲除核心增强子，会导致邻近增强子或启动子上结合的H3K27ac、H3K4me3、GATA1和TAL1显著下调，几乎完全没有（图9）。这些结果说明，非核心增强子的活性不依赖于核心增强子，更证明核心增强子比邻近的非核心增强子在调控局部染色质表达、结合调控因子、指导超级增强子相关靶基因的转录活性方面发挥着更大的作用。图9.敲除MYO1D核心增强子对染色质图谱、转录因子结合的影响。综上所述，研究者通过对多个具有代表性的超级增强子簇的原位基因组编辑分析结果表明部分超级增强子是由层级结构组成的，包含有核心和非核心增强子元件，其中核心增强子是超级增强子发挥活性不可或缺的。原文：JialiangHuang,etal.Dissectingsuper-enhancerhierarchybasedonchromatininteractions.NatCommun.Mar5;9(1):.
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