跟着岳大师学ENCODE和RoadMap

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郭大侠这几天和骨头一起在复旦大学蹭表观课程，遇到了一位岳大师，此岳大师不是华山派的掌门岳不群，而是美国宾夕法尼亚州的岳峰教授。岳教授是一位非常传奇的人物，本科就读于北京大学外语系，毕业后在美国拿到了计算机硕士学位，之后拜入表观遗传大牛、ChIP-on-Chip技术的发明人任兵教授山墙，几年时间习的一身好本领，让我佩服不已。岳教授的实验室主页如下：http://yuelab.org/，感兴趣的小伙伴可以前去围观；此外我下了岳教授近几年的代表作，真是发CNS如探囊取物，链接如下http://pan.baidu.com/s/1pL2EfJ9。郭大侠和骨头这几日跟着岳大师get不少新技能，现学现卖也分享给大家，希望能对大家有所帮助。

ENCODE（encyclopedia of DNA elements）计划，中文名为“DNA元件百科全书计划”，是继"人类基因组计划"后又一大型国际合作项目。来自世界各国32个研究机构的442名科学家历时5年，解读生命体的功能元件，发现人类基因组看似多余的"垃圾序列"至少80%是有功能的，其中包括了大量的非编码RNA和转座子。而由美国NIH资助的表观组学线图计划 (Roadmap Epigenomics Mapping Consortium，简称Roadmap)，致力于绘制人类表观组学图谱，深度探究DNA甲基化修饰在遗传、发育、疾病中的作用。学会两个数据库的使用，对于研究生课题中发现科研线索、寻找分子机制具有重要作用；其中的数据完全来自于世界上几个顶级实验室，data极其可靠，因此也是印证自己实验结论，回答reviewer问题的神兵利器。

第一篇我们通过实例，看ENCODE数据库中的组蛋白ChIP-Seq数据如何助攻分子表达变化机制研究：PTEN作为关键的抑癌基因，在肝癌中的表达出现下调。而这种下调是否与PTEN基因启动子区域表观修饰相关，今天通过实例展示给大家。

首先进入ENCODE主页（https://www.encodeproject.org/），在图1-1处输入H3K4me3空格liver （组蛋白H3第4位赖氨酸三甲基化修饰）。这里多说两句，这几年组蛋白修饰密码被一一鉴定，H3K4me3修饰在基因组上广泛存在于Promoter区域，该修饰上调可以激活基因转录，感兴趣的可以看这篇文章——PMID-25083876。

图1

回车后，出来这样一堆数据，我们要对ChIP-Seq数据进行分析，点击图2-1处的Experiment，进入下一步。

图2

接下来对数据进行筛选，图3-1中选择ChIP-Seq数据，图3-2中选择所使用的参考基因组。熟悉基因组学的小伙伴们可能了解，基因组数据并非一次性全部完成，中间出现过几次重要的升级，如人基因组有hg19、hg38等版本，小鼠的有mm9、mm10等版本，这里我们使用GRCh38。

图3

全部选择完成后出现图4所示界面。点击图4-1处的Visualize按钮，跳入图形浏览界面（详见图6）；点击图4-2处的标题，进入实验描述界面（图5）。图5-1是实验信息的Summary，信息显示该细胞来自于H9细胞系的体外诱导分化。图5-2是数据来源的实验团队。图5-3说明该Chip-Seq有两次重复，并提供了样本信息的summary和下载链接。图5-4提供了Raw-data（原始数据）和processed data（处理后数据）的下载和名称，点击+可以看到详细信息。图5-5提供了详细的实验路线，包含ChIP-Seq的步骤和诱导肝细胞分化的步骤。

图4

图5

接下来看图6，界面为UCSC浏览界面（图6），策到这里很多小伙伴可能晕了，都是些啥，别着急我们要慢慢调整格式。首先图6-1中所示的黑白相间的条即代表H3K4甲基化水平（dense模式，后面会策更容易看懂的full模式），白色代表低甲基化，黑色代表高甲基化；而红框中的一串文字代表了不同的processed data，包含Peaks和signals两种类型。图6-3可以输入基因名称“PTEN”，点击GO按钮即可进入PTEN基因所在DNA区域。接下来我们点击6-2所在的方格，进入图7所示界面，进行图形设置。 

图6

如下图所示，7-1处两个复选框都选择full模式。7-2处采用默认设置即可。7-3中列出的均为Processed data file，可与图5-4处列表文件一一对应。这里我们要看的是H3K4me3的信号值在两个Repeat中的情况，需要选择ENCFF035PPS文件和ENCFF847LBO文件。勾选后点击Submit按钮。

图7

之后得到我们的结果，如图8所示。我们可以看到在PTEN基因启动子区域有较高的H3K4me3的峰值，说明分化的肝细胞中PTEN基因的表达维持与其启动子区域的H3K4me3上调相关，推测肝癌中PTEN基因的下调可能是该基因启动子区域的H3K4me3下调介导了基因关闭。图8最后是可以放在paper中的，在加上一个PTEN启动子区域组蛋白H3K4me3的染色质免疫共沉淀实验，即可完美阐明PTEN为何在肝癌中下调。这种data非常solid，reviewer一般不会提出质疑。

图8

最后策两句，ENCODE分析十分多样化，该数据库也非常强大。郭大侠本人也是刚刚开始挖掘这一领域，如果帖子中有什么错误欢迎留言指出。此外该数据库连接众多，恕不能像以前一样一一说明每个连接的功能。大家有疑问可以去看指南，链接如下：。如果可以翻墙，该链接下还有很多视频课都在YouTube上。

…华丽丽的分割线…

李莫愁博士：ENCODE其实是一个非常有用的数据库，不过，不要以为什么神器就能帮你设计出一个什么课题来。有米有锅，也要自己认真想认真动手，才能把它变成锅里的饭。好了，今天就策到这里吧，请大家肆无忌惮地打赏郭大侠吧！

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