ヒトとマウスの唾液腺遺伝子制御の統合エピジェネティックマッピング

Integrated Epigenetic Mapping of Human and Mouse Salivary Gene Regulation.

抄録

唾液腺の発達と病態生理に関連するゲノムワイドな遺伝子発現プロファイルを同定するために、多大な努力が払われてきました。しかし、唾液腺遺伝子の発現を制御する制御因子については、比較的あまり知られていない。我々は、DNase1デジタルゲノムフットプリント、RNA-seq、および遺伝子発現マイクロアレイからのデータを統合し、健康な顎下腺唾液腺の遺伝子発現を制御するシスおよびトランス制御成分を包括的に特徴付けることを目的とした。唾液腺遺伝子発現を駆動する高発現かつ組織濃縮された転写因子を同定するために、ヒト32組織およびマウス87組織の解析を実施した。RNA解析の後、39の唾液腺転写因子のタンパク質発現量と細胞内局在を免疫組織化学的に確認した。これらの発現解析から、唾液腺は小胞体ストレス、ヒトT細胞リンパ栄養ウイルス1の発現、およびエプスタインバーウイルス再活性化に関連する転写因子を高度に発現していることが明らかになった。DNase1 digital genomic footprintingを333,426,353リードの深さで行い、唾液腺のゲノム全体のクロマチンアクセス性と転写因子結合を一塩基分解能で記述した唾液腺遺伝子制御ネットワークを作成するために利用した。DNase1遺伝子制御ネットワークの解析により、PLAG1、MYB、およびバランスのとれた染色体転座と唾液腺腫瘍に関連する他の13の転写因子の間に密な相互関係があることが確認された。これらの解析は、唾液腺のシスおよびトランス制御因子の包括的なアトラスを提供し、唾液腺に影響を与える疾患の既知の異常な制御経路を強調するものであった。

Significant effort has been applied to identify the genome-wide gene expression profiles associated with salivary gland development and pathophysiology. However, relatively little is known about the regulators that control salivary gland gene expression. We integrated data from DNase1 digital genomic footprinting, RNA-seq, and gene expression microarrays to comprehensively characterize the cis- and trans-regulatory components controlling gene expression of the healthy submandibular salivary gland. Analysis of 32 human tissues and 87 mouse tissues was performed to identify the highly expressed and tissue-enriched transcription factors driving salivary gland gene expression. Following RNA analysis, protein expression levels and subcellular localization of 39 salivary transcription factors were confirmed by immunohistochemistry. These expression analyses revealed that the salivary gland highly expresses transcription factors associated with endoplasmic reticulum stress, human T-cell lymphotrophic virus 1 expression, and Epstein-Barr virus reactivation. DNase1 digital genomic footprinting to a depth of 333,426,353 reads was performed and utilized to generate a salivary gland gene regulatory network describing the genome-wide chromatin accessibility and transcription factor binding of the salivary gland at a single-nucleotide resolution. Analysis of the DNase1 gene regulatory network identified dense interconnectivity among PLAG1, MYB, and 13 other transcription factors associated with balanced chromosomal translocations and salivary gland tumors. Collectively, these analyses provide a comprehensive atlas of the cis- and trans-regulators of the salivary gland and highlight known aberrantly regulated pathways of diseases affecting the salivary glands.