人巨细胞病毒感染人胚肺成纤维细胞不同时间点的病毒转录起始位点分析

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xax_616
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目的:使用DeepCAGE-seq分析HCMV Han-BAC感染人胚肺成纤维细胞(HELF)不同时间后转录起始位点(TSS)的特点及差异。研究方法:HCMV Han-BAC株以MOI=5感染HELF细胞,分别在感染后12h和72h收集总RNA,进行RNA帽子结构捕获和深度测序为基础的转录组分析(Cap-Trapper and Deep Sequencing Based Transcriptome Analysis,DeepCAGE),获得HCMV Han-BAC在HELF细胞中的TSS特征及不同感染时间点的差异。结果:制备总RNA样本,进行DeepCAGE-seq后分析数据。1)将所得宿主人的数据匹配到人基因组(hg38/GRCh38),人基因组CAGE转录起始位点簇(TC)大量聚集,倾向于5’UTR和基因的5’端末端,符合预期。CAGE测序数据匹配到HCMV Han株基因组上(Gen Bank:KJ426589.1),HELF 12h和HELF 72h两个文库分别获得2711和3181个TC。既往已证实的107个HCMV TSS与CAGE测序数据获得的TC高度符合,证实HCMV Han-BAC CAGE数据库的可信性。2)HELF12h和HELF 72h两个文库测序所得TSS比对到基因组上,结果显示HCMV Han-BAC TC在基因组广泛分布,感染时间增加,转录起始在基因组上分布更广泛。参考大多数既往已实验证实的HCMV TSS在CAGE测序中对应的TC的丰度,确定用于分析HCMV Han-BAC TCs的丰度届值为TPM大于5。TPM大于5的TCs根据HCMV Han-BAC TC与已证实的TSS和转录终止位点、ORF的位置关系将其分类7类,分别是intergene TC,5’UTR TC,3’UTR TC,CDS TC,intron TC,lnc RNA TC,antisense TC。统计各种类TC的数量及表达丰度。结果显示HCMV Han-BAC TC在基因组广泛分布,CDS和antisense区域TC数量显著聚集,ORF上游5’UTR TC的丰度明显高于其他分类。3)按照既往研究中用于转录起始分类的TCs至少需要100个CAGE tags的要求,HELF 12h文库中TPM大于207.79,HELF 72h文库中TPM大于23.43分别相当于100个CAGE tags。根据TPM不同取值范围时的TCs数量和TC宽度(十分位间距)分布归类。结果显示,HELF 12h文库中,当TPM取值207.79-500之间,TC在十分位间距为1nt时明显聚集,TPM取值大于500时,TCs的十分位间距在1-8nt处出现显著聚集;HELF 72h文库中,TPM取值分别在23.43-100、100-500和大于500时,TCs的十分位间距显著聚集分别出现在1nt、1-5nt、1-5nt。这些聚集的TCs代表一类具有确定碱基位置或较小范围的转录起始位点,命名为单主峰型(single dominant peak,SP)TC。对于十分位间距分布在更宽范围的TCs的特点进一步分析,获得广泛转录合并单主峰型(broad with a single dominant peak,DP),广泛转录合并两个或多个主峰型(broad with bi-or multi-peak,MP),以及低丰度转录无主峰型(generally broad distribution,GB)三类TCs。HELF 12h文库中,分别有92(36.7%)、92(36.7%)、42(16.7%)、25(9.9%)个TC归类于SP、DP、MP、GB;HELF 72h文库中分别有116(17.8%)、94(14.4%)、43(6.6%)、398(61.1%)个TC归类于SP,DP,MP,GB。4)每个TC内丰度最高的CTSS称为主导CTSS,其在基因组的位置用来代表TC的位置。主导CTSS上下游共100nt的核苷酸序列定义为核心启动子(core promoter)区域,使用MEME经典模式进行基序分析,Tom Tom将得到的基序与人基因组的基序数据库比对,查找相似转录因子结合序列并进行基序-基序相似性的统计评估。HELF 12h文库中92个SP core promoter序列MEME经典模式分析得到特异性基序TSTATAWAAR(E-value值5.1e-021),长度10nt,出现在41个(44.57%)core promoter中,Tom Tom匹配到14个不同的已知基序,其中最显著的为TBP(P-value值5.84e-06,E-value值2.34e-03,q-value值4.68e-03)。同样的方法分析HELF-72h文库116个Sharp promoter,发现1个有意义的基序TATWWAA(E-value值2.5e-006),长度7nt,出现在29个(25%)core promoter序列中,Tom Tom匹配到14个不同的已知基序,其中最显著的为TBP(P-value值2.15e-04,E-value值8.63e-02,q-value值1.73e-01)。典型的DP、MP、GB均未发现有意义的基序。5)根据既往107个已证实的HCMV Han-BAC基因TSS距离ORF的距离,其中80%的TSS在ORF起始点的-500~+100区域,据此我们绘制每个预测基因ORF起始点的-500~+100区域内TSS分布图,分析HCMV Han-BAC基因的TSS特点。如果基因-500~+100区域内的TSS主峰丰度超过次主峰丰度值的2倍,则定义为单峰主启动子,否则称为多峰启动子。如果此区域内主峰TPM小于20,称其为广泛低丰度启动子。同一基因两个时间点比较,其-500~+100区域内的TSS的差异分为两类。108个基因两个时间点比较,转录起始位点分布和主峰位置不变仅丰度改变。19个基因的转录起始位点分布和主峰位置在两个时相发生明显变化。6)数据分析发现,CDS区域内存在一定数量新的未被证实的TC,共有25个基因CDS区域内有TPM大于100且距离基因3’末端超过300nt的TCs。结论:HCMV Han-BAC DeepCAGE测序获得高质量转录起始位点数据。高丰度TC聚集在基因组ORF上游区域,根据TC内TSS的聚集方式不同分为SP,DP,MP,GB。HELF 12h和HELF 72h两个文库中SP TC的核心启动子均发现保守基序。基因-500~+100的TSS分布可分为三类,单峰主启动子,多峰启动子,广泛低丰度启动子。同一基因两个时间点比较,其-500~+100区域内的TSS的差异分为两类。108个基因转录起始位点分布和主峰位置不变仅丰度随时间改变。19个基因的转录起始位点分布和主峰位置在两个时相发生明显变化。25个基因的CDS区域内发现新的中高丰度未被证实的TC。
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