运用新型高通量增强子报告系统对多种细胞类型的全基因组调控原件的研究

The human body carries about 200 different cell types, with only have one unique set of diploid genome, and appeared distinct chemical activities, cell morphology and cellular functions. The long-standing question is how the cells achieved high diversity at the level of mRNA given the exactly same genome sequences. In this study, we will employ a massively parallel reporter assay to explore the cell type specific enhancers that contribute to the differential gene expression profiles of the two widely used ENCODE cell lines (LCL and K562). The STARR-seq data sets generated in this study will be integrated with the publicly available regulatory data, in order to characterize enhancers in these two cell lines, as well as how genomic sequences, available cellular regulators and chromatin status contribute to the outcome. Furthermore, with the comparison on these two cell lines, we will define a set of cell type specific enhancers that lead to cell type specific gene expression. From this study, our understanding on how different cell types achieved their diversity through complexity gene regulatory network will be enhanced.

人体大约有200多种不同的细胞类型，其中绝大多数携带着完全相同的两套染色体拷贝。然而，细胞之间的化学特性、形态学与功能却各不相同。在基因组序列相同的前提下，细胞如何使用其中的调控序列实现转录本的多样性，一直是基因调控领域的一个重要问题。本项目拟从这一经典问题入手，选择两种被广泛使用的ENCODE细胞系（LCL和K562），使用新型的STARR-seq技术，构建细胞特异性的增强子图谱。为实现这一目标，我们将把STARR-seq数据和已有的ENCODE公用数据相结合，对这两个细胞系中的增强子进行精细注释。我们将探讨基因组序列、细胞中存在的调控蛋白，以及当前区域的染色质状态对于增强子活性的贡献；并通过对两个细胞系数据的比较，定义出一组能指导细胞特异性基因表达的增强子。这将为我们理解不同类型的细胞如何实现功能的多样性提供新的研究思路。

转录调控作为基因表达调控最重要的一部分，影响着个体生长发育、分化以及健康。顺式调控元件在转录调控中与反式转录因子相结合，对基因调控发挥着重要作用。我们在传统测定增强子的方法上，做了进一步优化和一系列测试，开发了一种更为准确的方法Opti-MPRA，可以同时测定全基因组层面的增强子和沉默子信息。将该方法应用至K562细胞中，从全基因组层面对增强子进行鉴定，并结合公共数据对所获得增强子信息进行整合比较分析。我们开发的方法，能够从全基因组层面鉴定增强子和沉默子，有助于我们对人类基因组进一步注释，也有助于我们对生命过程以及相关疾病的研究，具有重要意义。