Методы изучения регуляторных районов генов

олигонуклеотидов пропускается
через аффиную колонку, содержащую
Hoxd1 белок

Эллюция связанных олигонуклиотидов

Выделение эллюированных олигонуклиотидов

ПЦР-амплификация с выделенных олигонуклиотидов

Клонирование и секвенирование отобранных олигонуклиотидов

3 цикла

праймер C

праймер D

111 5'-GATCCTGTTACCATAGTGTAACTTCCTATTCAGGTACAATATGTTCT
ATACTTCTATTT-3' А/Т богатое окружение (72% А/Т п.н.)

Рис. 2. Влияние первичной структуры ДНК в окружении консенсуса сайтов связывания рецептора глюкокортикоидов на эффективность связывания ДНК с рецептором.
К - ДНК-проба в комплексе с рецептором глюкокортикоидов; 0 - свободная ДНК-проба; 3-5 и 8-11 - вытеснение меченой пробы из коплекса с ГР различными фрагментами немеченой конкурентной ДНК: МТдт - EcoRI-HindIII фрагмент pMTдт, МТ27 - EcoRI-HindIII фрагмент pMT27, 25 - EcoRI-HindIII фрагмент p25, 111 - EcoRI-HindIII фрагмент p111, Н - PvuII-EcoRI фрагмент рUC19 (неспецифическая ДНК).

мыши

Семенники мышей линии C57Br возраста 7-10 дней

Bertone, S. Hartman et al. Distribution of NF-B-binding sites across human chromosome 22
PNAS, October 14, 2003, vol. 100 no. 21, 12247–12252

(A) p65 binding relative to Sanger-annotated genes and hybridizing regions on chromosome 22 is illustrated.
(B) Distribution of NF-B consensus sequences in p65-binding sites.
The sequences of p65-bound fragments on the microarray were searched for NF-B consensus sites by using both an in-house chromosome annotation system
and the TFSEARCH database.

www.cbrc.jpresearchdbTFSEARCH.html

– 100-500 bp
Typical TF footprint on DNA – 5-25 bp

TFBS clusters
A group of neighboring TFBSs is usually processed by peak-callers as one peak

Indirect TF binding to DNA
The cases of direct and indirect interaction of TF with DNA are indistinguishable

1

2

3

False positive peaks (antibody cross-specifity, overrepresented seqs)

4

5

The spectrum of detected binding loci depends on cell type and state

выборок ССТФ

методы поиска наиболее представленных мотивов в участках связывания ТФ с хроматином (пиках СhIP-seq). (без предварительной информации о ССТФ)

Консенсус, весовые матрицы (PWM) и пр.

Используемые для интерпретации данных СhIP-seq
биоинформационные методы

monoCHiPMunk

FoxA oPWM
SiteGA

[Levitsky V.G., et al., BMC Bioinformatics 2007, 8:481]
[Levitsky V.G., et al., Dokl Biochem Biophys. 2011, 436:12-5]

Kulakovskiy I.V., et al.,
Bioinformatics 2010, 26(20):2622-3

diCHiPMunk

475
Средняя высота пика– 16
Средняя длина пика– 727 bp

Консенсус FoxA :
5'-RYMAAYA-3'
[Overdier et al., 1994; Roux et al., 1995]

ТФ FoxA : FoxA1, FoxA2, FoxA3

FoxAs имеют высококонсервативный ДСД типа winged-helix (FKH).
FoxA обладают способностью вытеснять линкерные гистоны и открывать компактизованный хроматин, т.е. могут служить как pioneer transcription factors.
FoxAs играют важную роль в раннем эмбриогенезе, органогенезе и поддержании метаболического гомеостаза организма.
Все три ТФ FoxA остаются активными в печени взрослого, играя активную роль в регуляции метаболизма

Wederell E.D. et al. Nucleic Acids Res. 2008 36: 4549–4564

Объект исследования: cайты связывания транскрипционных факторов FoxA

из базы TRRD и литературных источников.
Критерием для отбора сайтов служило наличие доказательств взаимодействия FoxA с соответствующим районом ДНК, полученных одним из следующих методов:
футпринтинг ДНКазой I с использованием очищенного белка;
EMSA с использованием очищенного белка;
EMSA с использованием ядерного экстракта белков и специфических антител (EMSA supershift).
Выравнивание последовательностей проводилось относительно наиболее представленного мотива (в кодировке IUPAC) [Levitsky et al., 2011]. В итоге, для построения методов PWM и SiteGA использовалось выравнивание 53 последовательностей, содержащих мотив TRTTTRYH (R=A/G, Y=C/T, H=A/C/G).

PWM и SiteGA

пика >15). Длины мотива для mono- & di- версий Chipmunk установлены как 20 нт и 28 нт, соответвенно. Выявленные мотивы имеют высокий уровень сходства как с мотивом TRTTTRYH, полученным на выборке 81 СС FoxA, так и с известным консенсусом сайтов FoxA2 [Overdier et al., 1994; Roux et al., 1995].

Лого наиболее представленных мотивов, полученных с помощью mono- and diChipmunk для CHiP-seq FoxA2

monoCHiPMunk

diCHiPMunk

CHiPMunk

конкурентный анализ

GST-DBD-FoxA2:

[32P]-TTR:

немеченый конкурент:

Задержка в геле GST-слитым белком, соответствующим ДНК-связывающему домену ТФ FoxA2

×2, ×5 или ×20 молярный избыток конкурентного олигонуклеотида

меченый олигонуклеотид, соответствующий сайту связывания FoxA из промотора гена ttr мыши

(скор CHiPMunk | скор SiteGA)
cкор EMSA

log-кривой зависимости от концентрации тестируемого олигонуклеотида к положительному контролю (TTR) и использовался в качестве оценки относительной аффинности этого олигонуклеотида. Поскольку скор EMSA распределен достаточно равномерно, порог отсечения неподтвержденных сайтов был выбран вручную (0.25).

Экспериментальная верификация 64 предсказанных ССТФ FoxA методом задержки в геле (EMSA), конкурентный анализ

analysis of the top-scoring ChIP-seq peaks (peak height of 15 or higher). The frequency matrices were visualized by the WebLogo tool (Crooks et al., 2004) for the samples of sites predicted by oPWM, Sitecon, and SiteGA. The X axis shows nucleotide positions and Y axis, bits.