甲基化研究oxRRBS+RRBS揭示炎癥性腸病導(dǎo)致發(fā)育異常的表觀遺傳機(jī)制
大家好，這里是專注表觀組學(xué)十余年，領(lǐng)跑多組學(xué)科研服務(wù)的易基因。
2020年12月31日，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)Natalia Y. Tretyakova教授團(tuán)隊(duì)在《Int J Mol Sci》雜志發(fā)表題為“Multi-Omics Characterization of Inflammatory Bowel Disease-Induced Hyperplasia/Dysplasia in the Rag2-/-/Il10-/- Mouse Model”的研究文章，該研究通過(guò)簡(jiǎn)化基因組甲基化測(cè)序（RRBS）+氧化簡(jiǎn)化基因組甲基化測(cè)序（oxRRBS）及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-seq）揭示炎癥性腸病 (IBD)導(dǎo)致基因組中甲基化和羥甲基化模式變化，表明了IBD導(dǎo)致發(fā)育異常的表觀遺傳機(jī)制。
標(biāo)題：Multi-Omics Characterization of Inflammatory Bowel Disease-Induced Hyperplasia/Dysplasia in the Rag2-/-/Il10-/- Mouse Model （Rag2-/-/Il10-/-小鼠模型中炎癥性腸病誘導(dǎo)增生/發(fā)育異常的多組學(xué)表征）
時(shí)間：2020-12-31
期刊：International Journal Of Molecular Sciences
影響因子：IF 6.208
技術(shù)平臺(tái)：RRBS、oxRRBS、RNA-seq、RT-qPCR等
研究摘要：
假設(shè)表觀遺傳失調(diào)在炎癥性腸�。╥nflammatory bowel disease，IBD）和結(jié)腸癌發(fā)展之間的關(guān)聯(lián)中發(fā)揮作用。本研究對(duì)從肝螺桿菌（H.hepaticus）感染的IBD小鼠模型中收獲近端結(jié)腸組織，并進(jìn)行DNA甲基化組、DNA羥甲基化組和轉(zhuǎn)錄組分析。RRBS和oxRRBS分析共鑒定出1606個(gè)差異甲基化區(qū)域（DMR）和3011個(gè)差異羥甲基化區(qū)域（DhMR），與胃腸疾病、炎性疾病和癌癥相關(guān)的基因和這些DMR/DhMR重疊。RNA-seq揭示了許多與炎癥和癌癥相關(guān)的基因顯著表達(dá)變化，包括Duox2、Tgm2、Cdhr5和Hk2在內(nèi)的幾個(gè)基因在DNA甲基化/羥甲基化和基因表達(dá)水平上均表現(xiàn)出變化�？傮w而言，本研究結(jié)果表明，慢性炎癥會(huì)引發(fā)基因組中DNA甲基化和羥甲基化模式的變化，從而改變關(guān)鍵腫瘤發(fā)生基因的表達(dá)，并可能導(dǎo)致結(jié)直腸癌的發(fā)生。
項(xiàng)目設(shè)計(jì)：
（1）樣本選�。�
IBD與正常小鼠近側(cè)腸道組織的5mC、5hmC、表達(dá)圖譜分析
（2）項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程圖：
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
（1）肝螺桿菌（H. hepaticus）感染的Rag2-/-/Il10-/-小鼠結(jié)腸組織的組織病理學(xué)分析
（2）炎癥性腸病（IBD）誘導(dǎo)的增生/發(fā)育異常中DNA甲基化和DNA羥甲基化表征
圖2：差異甲基化區(qū)域（DMR）和差異羥甲基化區(qū)域（DhMR）富集的基因在與癌癥發(fā)生和胃腸疾病相關(guān)的基因富集。
（3）差異甲基化分析揭示IBD誘導(dǎo)的增生/發(fā)育異常中存在廣泛的DMR和DhMR
圖3：Rag2-/-/Il10-/-小鼠在H.hepaticus誘導(dǎo)炎癥在單核苷酸分辨率下的甲基化和羥甲基化動(dòng)態(tài)變化
表1：H.hepaticus誘導(dǎo)的Rag2−/−/Il10−/−小鼠炎癥CpG位點(diǎn)IPA差異甲基化和羥基甲基化的經(jīng)典通路
（4）IBD誘導(dǎo)增生/發(fā)育異常中的基因表達(dá)變化
（5）DNA甲基化異常調(diào)控差異表達(dá)基因的綜合分析
A. DNA表觀遺傳標(biāo)記在IBD誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌（CRC）發(fā)生中的作用的模型。
總結(jié)：
本研究采用RRBS+oxRRBS在H.hepaticus感染的IBD Rag2-/-/Il10-/-小鼠模型中，分別繪制了IBD誘導(dǎo)的DNA羥甲基化和DNA甲基化在全基因組中的變化。同時(shí)結(jié)合RNA-seq基因表達(dá)分析，研究結(jié)果首次全面揭示了結(jié)腸炎癥誘導(dǎo)的表觀遺傳學(xué)變化，為進(jìn)一步研究IBD生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)提供了有用的信息，并有可能促進(jìn)IBD新療法的未來(lái)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
Han Q, Kono TJY, Knutson CG, Parry NM, Seiler CL, Fox JG, Tannenbaum SR, Tretyakova NY. Multi-Omics Characterization of Inflammatory Bowel Disease-Induced Hyperplasia/Dysplasia in the Rag2-/-/Il10-/- Mouse Model. Int J Mol Sci. 2020 Dec 31;22(1) pii: ijms22010364.
2020年12月31日，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)Natalia Y. Tretyakova教授團(tuán)隊(duì)在《Int J Mol Sci》雜志發(fā)表題為“Multi-Omics Characterization of Inflammatory Bowel Disease-Induced Hyperplasia/Dysplasia in the Rag2-/-/Il10-/- Mouse Model”的研究文章，該研究通過(guò)簡(jiǎn)化基因組甲基化測(cè)序（RRBS）+氧化簡(jiǎn)化基因組甲基化測(cè)序（oxRRBS）及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-seq）揭示炎癥性腸病 (IBD)導(dǎo)致基因組中甲基化和羥甲基化模式變化，表明了IBD導(dǎo)致發(fā)育異常的表觀遺傳機(jī)制。
時(shí)間：2020-12-31
期刊：International Journal Of Molecular Sciences
影響因子：IF 6.208
技術(shù)平臺(tái)：RRBS、oxRRBS、RNA-seq、RT-qPCR等
研究摘要：
假設(shè)表觀遺傳失調(diào)在炎癥性腸�。╥nflammatory bowel disease，IBD）和結(jié)腸癌發(fā)展之間的關(guān)聯(lián)中發(fā)揮作用。本研究對(duì)從肝螺桿菌（H.hepaticus）感染的IBD小鼠模型中收獲近端結(jié)腸組織，并進(jìn)行DNA甲基化組、DNA羥甲基化組和轉(zhuǎn)錄組分析。RRBS和oxRRBS分析共鑒定出1606個(gè)差異甲基化區(qū)域（DMR）和3011個(gè)差異羥甲基化區(qū)域（DhMR），與胃腸疾病、炎性疾病和癌癥相關(guān)的基因和這些DMR/DhMR重疊。RNA-seq揭示了許多與炎癥和癌癥相關(guān)的基因顯著表達(dá)變化，包括Duox2、Tgm2、Cdhr5和Hk2在內(nèi)的幾個(gè)基因在DNA甲基化/羥甲基化和基因表達(dá)水平上均表現(xiàn)出變化�？傮w而言，本研究結(jié)果表明，慢性炎癥會(huì)引發(fā)基因組中DNA甲基化和羥甲基化模式的變化，從而改變關(guān)鍵腫瘤發(fā)生基因的表達(dá)，并可能導(dǎo)致結(jié)直腸癌的發(fā)生。
項(xiàng)目設(shè)計(jì)：
（1）樣本選�。�
IBD與正常小鼠近側(cè)腸道組織的5mC、5hmC、表達(dá)圖譜分析
（2）項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程圖：
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
（1）肝螺桿菌（H. hepaticus）感染的Rag2-/-/Il10-/-小鼠結(jié)腸組織的組織病理學(xué)分析
圖1：炎癥性腸�。↖BD）與正常組織的組織病理學(xué)檢驗(yàn)
A. 動(dòng)物研究設(shè)計(jì)：Rag2-/-/Il10-/-小鼠在6-7周齡時(shí)H.hepaticus感染或無(wú)菌培養(yǎng)基處理（對(duì)照），并在感染后20周處死
B. 感染H.hepaticus（橙色）的Rag2-/-/Il10-/-雄性小鼠和僅用鹽水處理的對(duì)照小鼠（藍(lán)色）的結(jié)腸組織的組織病理學(xué)結(jié)果：通過(guò)對(duì)胃腸道不同部位的炎癥、水腫、上皮缺陷、隱窩萎縮、增生和發(fā)育異常（Dysplasia）的個(gè)體評(píng)分求和來(lái)計(jì)算組織學(xué)活性指數(shù)（n=7）
C. 感染或未感染H.hepaticus的Rag2-/-/Il10-/-雄性小鼠胃腸道不同部位的整體5-甲基胞嘧啶（5mC）水平，（盲腸每組n=4，橫結(jié)腸每組n=3，近端和遠(yuǎn)端結(jié)腸每組n=7）
D. 感染或未感染H.hepaticus的Rag2-/-/Il10-/-雄性小鼠胃腸道不同部位的整體5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）水平
B. 感染H.hepaticus（橙色）的Rag2-/-/Il10-/-雄性小鼠和僅用鹽水處理的對(duì)照小鼠（藍(lán)色）的結(jié)腸組織的組織病理學(xué)結(jié)果：通過(guò)對(duì)胃腸道不同部位的炎癥、水腫、上皮缺陷、隱窩萎縮、增生和發(fā)育異常（Dysplasia）的個(gè)體評(píng)分求和來(lái)計(jì)算組織學(xué)活性指數(shù)（n=7）
C. 感染或未感染H.hepaticus的Rag2-/-/Il10-/-雄性小鼠胃腸道不同部位的整體5-甲基胞嘧啶（5mC）水平，（盲腸每組n=4，橫結(jié)腸每組n=3，近端和遠(yuǎn)端結(jié)腸每組n=7）
D. 感染或未感染H.hepaticus的Rag2-/-/Il10-/-雄性小鼠胃腸道不同部位的整體5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）水平
（2）炎癥性腸病（IBD）誘導(dǎo)的增生/發(fā)育異常中DNA甲基化和DNA羥甲基化表征
圖2：差異甲基化區(qū)域（DMR）和差異羥甲基化區(qū)域（DhMR）富集的基因在與癌癥發(fā)生和胃腸疾病相關(guān)的基因富集。
A. RRBS和oxRRBS技術(shù)示意圖：通過(guò)比較RRBS和oxRRBS數(shù)據(jù)集分析5mC和5hmC水平。
B-C. 通過(guò)RRBS與oxRRBS結(jié)合鑒定1606個(gè)DMR（B）和3011個(gè)DhMR（C）的熱圖。
D-E. 通過(guò)Ingenuity Pathway Analysis（IPA），使用顯著性閾值p=0.05的Fisher精確檢驗(yàn)，預(yù)測(cè)受DMR（D）和DhMR（E）基因影響的功能和疾病。
B-C. 通過(guò)RRBS與oxRRBS結(jié)合鑒定1606個(gè)DMR（B）和3011個(gè)DhMR（C）的熱圖。
D-E. 通過(guò)Ingenuity Pathway Analysis（IPA），使用顯著性閾值p=0.05的Fisher精確檢驗(yàn)，預(yù)測(cè)受DMR（D）和DhMR（E）基因影響的功能和疾病。
（3）差異甲基化分析揭示IBD誘導(dǎo)的增生/發(fā)育異常中存在廣泛的DMR和DhMR
圖3：Rag2-/-/Il10-/-小鼠在H.hepaticus誘導(dǎo)炎癥在單核苷酸分辨率下的甲基化和羥甲基化動(dòng)態(tài)變化
A. 784個(gè)低DMR，822個(gè)高DMR，1454個(gè)低DhMR和1557個(gè)高DhMR的基因組分布餅圖
B. DMR/DhMR內(nèi)每個(gè)CpG位點(diǎn)5mC和5hmC的動(dòng)態(tài)變化。0.1是5mC/5hmC水平顯著性變化的截止值。數(shù)字代表點(diǎn)數(shù)量。
B. DMR/DhMR內(nèi)每個(gè)CpG位點(diǎn)5mC和5hmC的動(dòng)態(tài)變化。0.1是5mC/5hmC水平顯著性變化的截止值。數(shù)字代表點(diǎn)數(shù)量。
表1：H.hepaticus誘導(dǎo)的Rag2−/−/Il10−/−小鼠炎癥CpG位點(diǎn)IPA差異甲基化和羥基甲基化的經(jīng)典通路
（4）IBD誘導(dǎo)增生/發(fā)育異常中的基因表達(dá)變化
圖4：炎癥性腸�。↖BD）和對(duì)照小鼠中近端結(jié)腸的轉(zhuǎn)錄組分析
A. 基于最高方差的500個(gè)基因的無(wú)監(jiān)督分層聚類(lèi)，顯示對(duì)照組和IBD組之間明顯分離
B. IPA鑒定上游調(diào)控因子Il10ra周?chē)木W(wǎng)絡(luò)
C. 使用顯著性閾值p=0.05的Fisher精確檢驗(yàn)，預(yù)測(cè)受差異表達(dá)基因影響的疾病和功能
B. IPA鑒定上游調(diào)控因子Il10ra周?chē)木W(wǎng)絡(luò)
C. 使用顯著性閾值p=0.05的Fisher精確檢驗(yàn)，預(yù)測(cè)受差異表達(dá)基因影響的疾病和功能
（5）DNA甲基化異常調(diào)控差異表達(dá)基因的綜合分析
圖5：IBD誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄組、DNA甲基化組和羥甲基化組變化之間的相關(guān)性
A-B. 差異表達(dá)且DMR（A）或DhMR（B）富集的基因散點(diǎn)圖。顏色表示不同基因組表征，點(diǎn)大小表示每個(gè)區(qū)域的CpG數(shù)量。A. DNA表觀遺傳標(biāo)記在IBD誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌（CRC）發(fā)生中的作用的模型。
總結(jié)：
本研究采用RRBS+oxRRBS在H.hepaticus感染的IBD Rag2-/-/Il10-/-小鼠模型中，分別繪制了IBD誘導(dǎo)的DNA羥甲基化和DNA甲基化在全基因組中的變化。同時(shí)結(jié)合RNA-seq基因表達(dá)分析，研究結(jié)果首次全面揭示了結(jié)腸炎癥誘導(dǎo)的表觀遺傳學(xué)變化，為進(jìn)一步研究IBD生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)提供了有用的信息，并有可能促進(jìn)IBD新療法的未來(lái)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
Han Q, Kono TJY, Knutson CG, Parry NM, Seiler CL, Fox JG, Tannenbaum SR, Tretyakova NY. Multi-Omics Characterization of Inflammatory Bowel Disease-Induced Hyperplasia/Dysplasia in the Rag2-/-/Il10-/- Mouse Model. Int J Mol Sci. 2020 Dec 31;22(1) pii: ijms22010364.
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