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App Epi-01E02 核小体定位预测与基因表达调控分析

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App Epi-01E02 核小体定位预测与基因表达调控分析

核小体组织(nucleosome organization)与定位(Positioning)会影响基因的表达。核小体在基因组上的定位分析证实了核小体富集和消除的DNA区域具有特殊的DNA序列特征，并且与基因的表达活性相关。本方案可以针对二代测序或ChIP-on-chip数据对核小体组织进行精细的全面的解析。我们将根据组学手段获得的核小体DNA结合片段重构核小体在基因调控中的关联，核小体结合信号与DNA区域特征的识别，基于DNA序列特征预测基因组核小体的全基因组范围的结合情况。

主要分析内容与步骤：

（1）根据基因组序列特征预测核小体结合位置信号

根据基因组序列构建核小体结合谱模型：考虑在核小体长度(147bp)上的特异性二核苷酸周期出现频度规律；核小体结合序列的偏好性。核小体结合序列的偏好性不会考虑在核小体长度上具体位置，主要是核小体非结合区域（消除区域）的DNA序列偏好性。

a. 在核小体结合区域中心临近的146-148bp长度上，分析是否具有大约以10bp为周期重复出现的AA/AT/TA/TT和CC/CG/GC/GG双核苷酸组成（图例2A）；

b. 分析linker和核小体结合DNA序列区域上5-mer富集情况，包括考虑A/T和C/G的成分富集情况（图例2B）；

c. 预测核小体结合模型所需要考虑的因素（图例2C）；

（2）基因起始和末端附近核小体depletion的水平和长度计算

a. 通过计算nucleosome depletion strength (NDS)将基因序列边界分类为5类：no boundary; Boundary strength 2;Boundary strength 5; Boundary strength 10;Boundary strength 20。计算统计分析每类基因边界上的核小体结合（强度/富集）情况（图例3A，B）。

b. 根据本方案构建的基于基因组序列的核小体结合定位模型，我们计算统计相应基因边界上的核小体平均结合强度分布（图例3C,D）

c. 核小体消除区域与Poly(dA:dT)边界关联分析：核小体边界分为3种情况：

<1>. 远离转录因子结合位点的边界

<2>. 靠近转录因子结合位点的边界

<3>. 在非启动子序列上的边界

（3）染色质调控类型分析

分析<1>. 具有TATA序列成分和转录因子结合位点被核小体覆盖的启动子，以及<2>. 缺少TATA序列成分和转录因子结合位点上核小体缺失的启动子；这两种情况是具有zei大和zei小噪音的启动子，其他类型的TATA特征与转录因子结合位点上核小体富集程度组合情况下的转录噪音水平也可以分别给出。

首先，针对<1>. 情况分析zei大噪音的启动子时，在TATA存在时核小体也同时存在的情况下，被覆盖核小体的转录因子结合位点上就越需要转录因子同核小体竞争。这种情形会导致转录调控的复杂性。我们可以针对这类基因的转录结合位点特征，靶基因的功能类型展开深入的探索，因为有研究证实这类基因启动子上核小体定位区域富集了TATA序列成分，并且是染色质重构复合物的靶点。本方案可以同步利用组蛋白替换速率进行染色质重构复合物与核小体定位的综合分析。

另外，针对<2>.情况分析zei小噪音的启动子时，在TATA缺失时核小体也同时缺失会使得转录因子易于接近并使得靶基因组成型表达；已有研究证实这类基因属于核心基因，核糖体蛋白基因等。这些基因的调控存在非常低噪音，着保证了他们表达的稳定性。

根据对应的基因表达芯片，通过K-means聚类，我们可以将包含TATA的基因和表达谱情况关联分类。