核小體定位的動態調控信息分析

《核小體定位的動態調控信息分析》是依託東南大學，由孫嘯擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：核小體定位的動態調控信息分析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫嘯
• 依託單位：東南大學

中文摘要

核小體定位是真核生物表觀調控的一個重要環節，其影響基因轉錄的基本機制是：通過核小體定位，開放或封閉位於DNA上的蛋白結合位點，影響蛋白質因子與DNA的結合，從而調節基因轉錄。然而，核小體位置在不同細胞中會發生特異性變化。研究核小體位置的動態變化及其生物學作用具有重要的科學意義，這可以促使我們從核小體定位這個角度深入認識基因轉錄調控的表觀遺傳機制。本項目提出以生物信息學方法系統研究核小體的動態定位及其與基因轉錄調控之間的關係。重點研究核小體定位的動態變化規律，發現影響核小體位置的關鍵影響因素；將DNA序列特徵信息與表觀遺傳信息結合起來，發展全新的具有細胞特異性核小體動態定位預測方法；分析核小體在全基因組動態分布及核小體定位對基因轉錄調控的機制，建立模型，認識核小體定位的表觀調控作用；最終建立一個核小體定位的計算分析平台。

結題摘要

核小體定位是真核生物表觀調控的一個重要環節，通過核小體定位及組蛋白修飾調節染色質結構，開放或封閉位於DNA上的蛋白結合位點，影響蛋白質因子與DNA的結合，從而調控基因轉錄。然而，核小體位置在不同細胞中會發生特異性變化。本項目重點研究影響核小體定位的關鍵影響因素,分析核小體定位的動態變化規律。我們首先探討核小體定位的序列特徵，建立了核小體定位的數學模型，發展了面向核小體動態變化分析的核小體比對算法，建立一個核小體定位的計算分析平台。在此基礎上，系統研究了核小體在基因組轉錄調控區域的動態變化及其對轉錄調控過程的影響，發現基因轉錄啟動子區核小體的定位水平與基因表達水平呈反向相關，而高表達基因在轉錄起始位置具有更寬的核小體空缺區域；在轉錄剪接位點周圍，組成性外顯子或可變外顯子的組成部分相對於跳躍外顯子或選擇性外顯子的可變部分具有更高的核小體定位水平，可變剪接受體與可變剪接給體的核小體分布模式不同，這與剪接位點的序列保守性緊密關聯；在轉錄終止區域，發現蛋白編碼基因和非編碼基因末端核小體占據存在非常大的差異，核小體為蛋白編碼基因提供一個特殊的染色質結構來提高轉錄終止的效率，而可變polyA位點的選擇與核小體定位模式以及動態變化存在直接的關係，核小體佇列形成雙暫停模型，確保聚腺苷酸化位點的識別和正常的轉錄終止。對核小體與轉錄因子關係的分析結果表明，核小體定位信號與轉錄因子結合位點分布呈互斥關係，而核小體上的組蛋白修飾在轉錄因子結合位點周圍呈現不同的分布模式，一些特定的組蛋白修飾模式標示著具有特殊作用機制的轉錄因子結合，由此我們總結出核小體與轉錄因子之間的動態競爭特性，並建立了轉錄因子結合位點周圍的染色質結構模式。我們從理論計算的角度證實了核小體的基因轉錄調控方式，即核小體封閉轉錄因子結合位點和RNA聚合酶的結合位置，從而影響基因轉錄的啟動，而在轉錄過程中，核小體影響關鍵功能位點的識別，進而影響基因的轉錄剪接和轉錄終止，最終影響基因表達。該項目研究結果為我們深入認識核小體的動態變化、探索核小體的表觀調控機制打下了基礎。