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用肿瘤组织做ChIP-seq、ATAC-seq + RNA-seq + DNA羟甲基化
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作者：小丫 来源：嘉因
“ DNA羟甲基化、ChIP-seq、ATAC-seq跟临床有什么关系？”
“ 用H3K4me1标出的enhancer、用ATAC-seq标出的染色质开放区域跟癌症有什么关系？”
“ 如何整合公共数据，多角度，深度解析，丰富我的RNA-seq结果？”
以本月Genome Research封面故事为例，回答这4个问题。
Introduction，总结前人的研究：5-hmC的丢失看起来是cancer-specific “epigenotype”。从前的研究是从全局研究DNA修饰的改变，这可能会漏掉影响转录的特殊区域。胰腺癌细胞很可能保留了特定位置化学修饰重新分布（5mC变成5hmC）的能力，进而生长存活。本文打算深入分析胰腺癌5-hmC和转录组变化的关系。
自产数据：11个RNA-seq，2个ATAC-seq，以及2个hmc ChIP-seq，即hmC-seal：
拿来主义：ENCODE已经产生了胰腺癌的组蛋白修饰数据，不用自己做。
手里有了这些数据，怎样讲故事？
详细看Result
Fig. 1
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胰腺癌中5-hmC的广泛改变
用hmC-seal技术追踪了低传代次数的胰腺癌细胞、患者的异种移植瘤、以及健康胰腺对照中5-hmC的富集模式。发现胰腺癌和移植瘤的羟甲基化分布发生改变。鉴定出差异5-hmC区域“differential 5-hmC regions” (DHMRs)
Fig. 2
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5-hmC改变的区域发生在调控区
先看5-hmC改变的区域的特征，发现多出现在转录因子结合位点TFBS。再拿来ENCODE的胰腺癌组蛋白修饰数据，证实了差异5-hmC区域更倾向于分布在基因组上的调控区域，尤其是H3K4me1所标记出的增强子enhancer区域。
例如BRD4等oncogene的调控区域（H3K4me1峰）在胰腺癌中获得了5-hmC，健康对照和PDXs没有5-hmC峰。
先看整体分布
细看一个例子
Fig. 3-4
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5-hmC分布在开放染色质区域
接下来，想看单碱基分辨率的5-hmC和5-mC跟染色质结构的关系。因此，在胰腺癌和对照细胞中做了ATAC-seq。
从RNA-seq数据看到活跃转录的基因，在ATAC-seq数据里的确能看到染色质是开放的。跟5-mC相比，5-hmC有更多的ATAC-seq峰。活跃转录基因的启动子区域有更多的5-hmC，说明5-hmC跟基因表达正相关。
Fig. 5
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胰腺癌关键oncogenic pathway基因的差异表达跟5-hmC的改变相关
前面的结果表明5-hmC跟基因表达显著相关，接下来想看5-hmC改变的区域到底是参与哪些通路的基因。于是，做了前面提到的那11个RNA-seq，包括9个低传代次数的胰腺癌细胞系、2个对照。
获得5-hmC的基因与基因高表达显著相关。motif分析发现，5-hmC改变的位点富集了STAT3结合位点。
Fig. 6
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胰腺癌BRD4和TET3高表达
BRD4高表达与enhancer获得5-hmC相关
BRD4是很多癌症（包括胰腺癌）的oncogenic转录因子。in vivo，用shRNA敲降TET3，会降低BRD4的表达。in vitro，胞嘧啶甲基化降低基因表达，5-hmC提高BRD4的表达。说明5-hmC的改变与BRD4的高表达直接相关。
Fig. 7
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BRD4是胰腺癌的候选治疗靶点
用BRD4的抑制剂JQ1能抑制胰腺癌吗？细胞系和移植瘤实验都证明，抑制BRD4表达能够在体外和体内抑制胰腺癌生长。
JQ1能够竞争性的结合BET家族bromodomains的乙酰赖氨酸识别位点，BRD4的地盘。已经做过早期临床试验（2013），有望成为胰腺癌治疗靶点。
这项研究第一次绘制了胰腺癌羟甲基化图谱，确认了5hmC与基因表达的关系，鉴定出与5-hmC改变相重叠的关键染色质标记。证实了BRD4获得5-hmC对其表达和肿瘤表型的影响。
今年5月，Anirban Maitra介绍MD Anderson胰腺癌登月项目的视频：
终结胰腺癌，任重而道远。今年2月在UCLA举办的13th Annual Symposium on Pancreatic Cancer会上，Dr. Anirban Maitra做的报告视频：
Why is Pancreatic Cancer so Hard to Treat & What Can We Do About It?
Genome Research文章编译：小丫
图片来源：Genome Research
视频来源：YouTube
https://wap.sciencenet.cn/blog-3372875-1089825.html
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