基因表达与组学测序是生物体生命活动的重要基础,尽管这些活动充满复杂性,却是有序地受到基因表达的调控。基因表达涉及将基因信息转录和翻译成蛋白质或其他功能性RNA分子的过程,这是遗传信息传递的核心。在表观遗传学中,“基因是否表达”是一个关键概念。当基因被转录为mRNA并翻译成蛋白质时,基因的作用便被激活,此时基因表达处于开启状态;若未被翻译,基因表达则处于关闭状态。而基因的表达受制于DNA上基因序列的复制转录能力,这又取决于DNA双链的打开程度、结构松散度等因素。
组学技术可以高通量地获取特定样品在特定时空条件下的相关数据,因其不同的切入层面,能够获得多种信息,包括可能发生的、当前发生的、以及最终表达结果等。单一组学技术常常只能揭示复杂调控机制的冰山一角,因而通过多组学联合分析的方法便尤为重要。这种多组学策略有助于阐明分子调控与表型之间的关系,系统解析生物分子的功能和调控机制。此外,多组学数据资源之间的相互验证可减少单一组学分析带来的假阳性,提高研究的可靠性。通过多组学联合分析,可获得更全面且准确的转录调控信息。
目前,这种多组学研究思路已广泛应用于诸多课题研究中。今天,南宫28NG相信品牌力量,带您深入探讨在DNA层面上的常用表观多组学联合分析组合,以及这些组合在高影响力文章中的数据挖掘方式。
首先,ATAC-seq技术可分析全基因组范围内的染色质开放性,开放程度与转录活动密切相关。Motif分析能够筛选调控生物学过程的关键转录因子,并帮助识别基因启动子、增强子及其他调控元件。此外,通过结合ChIP-seq和ATAC-seq的结果,可以进一步验证ATAC所预测的转录因子结合区域。开放的染色质区域是转录因子结合的必要条件,因此ATAC-seq信号峰与TF ChIP-seq信号峰往往存在重叠,且ATAC-seq峰通常较宽。将ATAC-seq与组蛋白修饰标记的ChIP-seq结合分析时,发现ATAC-seq信号通常与活跃染色质标记呈正相关,而与非活跃染色质标记则相反。
其次,使用mRNA-seq技术时,如有不同处理的样本,可以考虑与mRNA-seq联合分析。并非所有染色质构象的变化都会导致基因表达的改变,也不是所有基因表达的改变都由染色质构象引起。ATAC-seq技术可以识别不同条件下的染色质开放区域并获取相关的关联基因,而mRNA-seq则可获知在不同处理下的差异表达基因。通过交集分析可筛选出可能受染色质可及性影响的差异表达基因,并进一步进行GO功能富集和KEGG通路分析,以探讨基因的生物功能及其参与的主要代谢途径和信号转导途径。在这基础上,还可通过联合ATAC-seq数据构建转录因子-靶基因调控网络,筛选出关键的转录因子与靶基因模块。
此外,WGBS技术研究DNA碱基位点的修饰情况,不同的甲基化程度也会影响基因表达的改变。在染色质不可及的状态下,高甲基化通常与转录活性降低有关,而在需要转录时则表现出低甲基化状态。正向调控组蛋白修饰分布多出现在染色质可及的状态中。
最后,Hi-C技术可用于研究染色质的三维结构,包括染色质环、拓扑关联域以及染色质的A/B区域。这些三维结构对基因表达和调控起着重要作用,尤其在癌症研究中,Hi-C、ATAC-seq及ChIP-seq的联合应用,能够揭示肿瘤发展过程中的染色质结构与基因表达的变化,识别关键的致癌基因及其调控机制。
南宫28NG相信品牌力量,致力于推动生物医学研究的进步,通过多组学联合分析实现更深层次的基因调控机制探讨,为疾病的早期诊断和治疗提供新思路与方向。