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左永春教授课题组在生物信息学领域取得新进展
文章来源:      发布时间:2019-09-24     点击次数:

        2019年9月11日,国际学术期刊《Computational and Structural Biotechnology Journal》(SCI生物学大类二区,2018IF: 4.72)在线发表了国家重点实验室左永春教授为通讯作者,题目为“The spatial binding model of the pioneer factor Oct4 with its target genes during cell reprogramming”的学术论文。

        Oct4作为一种先锋转录因子,在细胞多能性的获得和维持中起到了重要的作用。本研究通过从全局水平描述Oct4的空间结合模式,并利用Oct4作用于其靶基因Chip-seq全基因DNA结合谱数据,使用MACS获得的peak数据的三种空间结合参数(峰高、峰宽、峰距)对Oct4的结合能力进行了定量表征,最后提出Oct4空间结合影响其靶基因表达的多元回归模型。Oct4空间结合的动态图谱显示,其靶向结合的主要发生在细胞重编程的中间阶段(第7天至第15天),启动子是首选的靶向区域。另外,Oct4的靶向结合表现出明显的染色体偏倚,1-11号染色体的总体富集程度高于其他染色体,其中很少结合在Y染色体上,表明TF介导重编程发生的戏剧性事件主要集中在常染色体上。


        此外,本研究发现在重编程过程中Oct4作用于其靶基因的空间结合模式是动态变化的。特别是结合峰的高度和宽度随着重编程过程的发生逐渐增加,但结合峰距靶基因TSS的距离却呈现减小的趋势。重要的是,宽度的显著增加与靶基因激活表达是一致的。与之相反,结合峰距靶基因TSS的距离与基因表达呈负相关,其中宽度在调控靶基因表达中起着更为重要的作用。最后,该研究引入多元线性回归方法建立了Oct4的空间结合模型。结果证实,结合峰的高度、宽度与基因表达呈正相关。与乘项相比,高与宽的加和交互项能更好地优化模型性能。改进后模型的平均可决系数为81.38%。基于最优模型,筛选出一些在重编程过程中与Oct4协同调控发挥作用的多能性基因,以期为细胞重编程中先锋因子空间结合模式的协同调控提供新的见解,进而为提高TF介导的重编程效率提供一定帮助。

        论文以内蒙古大学为第一和通讯作者单位,论文的第一作者为国重实验室2019级硕士研究生李寒霜(生命科学学院2015级生物技术基地本科生)。该工作得到国家自然科学基金(61561036, 61702290)、内蒙古大学大学生创新训练项目(201714298)、内蒙古自治区高等学校“青年科技英才支持计划”(NJYT-18-B01)和内蒙古自治区"杰出青年"培育基金(2017JQ04)等项目的支持。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.csbj.2019.09.002

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