多组学研究的应用前景

多组学研究是指通过整合不同类型的生物学数据（如基因组学、表观组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等）来全面理解生物系统的复杂性。这些研究方法是相互关联的，可以相互整合进行联合分析，挖掘关键的靶标，目前已广泛应用于疾病机制、标志物发现、药物研发、植物育种等诸多领域，本期给大家带来的是CHIP seq、ATAC、转录组的多组学联合的文献思路解读。

多组学揭示神经干细胞调控网络中的新角色：PBX1与TCF3/4的合作关系

【科学问题】在我们的大脑中，神经干细胞的增殖和分化至关重要，而调控这些过程的分子机制一直未被充分了解。近期发表在《Nucleic Acids Research》上的一项研究，通过多组学数据整合，揭示了一个由PBX1和TCF3/4组成的关键转录模块。这项研究表明，PBX1不仅在神经发生中起关键作用，还与TCF家族蛋白合作，调控神经干细胞的增殖和分化。更令人兴奋的是，这一合作机制可能与某些白血病的发病机制相关。

【影响因子】11.5

【技术方法】

步骤一：分离成年小鼠侧脑室侧壁的神经干细胞和祖细胞作为后续研究的实验材料。

步骤二：将分离的细胞培养后，进行ChIP seq实验，选择PBX1和H3K27ac作为研究靶点。

步骤三：将分离的细胞培养后，进行ATAC seq实验。

步骤四：利用siRNA介导的PBX1敲低的细胞进行转录组测序。

步骤五：质谱法研究与PBX1相互作用的蛋白质，并用Co-IP来确认蛋白与蛋白的相互作用。

步骤六：通过球状体形成实验（PLA）评估PBX1和TCF3在祖细胞增殖中的功能协同作用。

步骤七：利用siRNA介导的TCF3/4敲低的细胞进行转录组测序，观察PBX1与TCF3/4的相互作用。

主要研究成果

PBX1结合位点的全基因组映射

通过ChIP-seq和ATAC-seq分析，发现PBX1与基因组的结合发生在许多位置，但是启动子处最强，总共识别了16,044个PBX1结合位点，与细胞周期、细胞分化等生物学过程相关。PBX1敲除的转录组数据也发现，大量的差异基因对应于PBX1结合基因，多数基因功能聚焦于神经元发育和细胞分化。

预测和验证相互作用转录因子

通过ATAC-seq数据、ChIP-seq数据以及网络数据，预测并缩小与PBX1结合的基序，预测潜在的PBX1相互作用转录因子，并采用质谱分析的方法，寻找与PBX1相互作用的蛋白伙伴，以此方法验证了计算机模拟预测的互作蛋白的确与PBX1存在物理关联。

TCF3和TCF4作为PBX1的相互作用伙伴的重要性

ChIP seq数据展示PBX1、TCF3、TCF4在一些基因座的染色质结合分布具有惊人的相似性，这些表明这些蛋白可能在基因调控中互相协作，虽然TCF3不在质谱检测的共沉淀蛋白里，但是免疫共沉淀和GST下拉实验都已经证实了PBX1与TCF3之间的直接物理结合。

共享靶基因的表达变化

通过RNA-seq分析，发现三种转录因子PBX1、TCF3和TCF4敲低后，有66个共享的显著差异表达基因，这些基因主要参与“轴突引导”和“神经元投射引导”等生物学过程。将敲除的细胞进行神经元分化检测，发现三种转录因子能显著降低神经元的分化。

结论

通过多组学分析揭示了PBX1在小鼠成年神经干细胞和祖细胞中的功能。研究发现PBX1与转录因子TCF3和TCF4形成了一个重要的转录模块，在神经发生过程中调控细胞增殖与分化的平衡。这一研究首次揭示了PBX1与TCF的功能性合作，不仅在神经发生中有重要作用，还可能与白血病的发病机制相关。通过多组学数据的整合，研究不仅预测了PBX1的关键相互作用因子，还验证了这些预测的可靠性。