1、hTFtarget: 一個(gè)全面的人類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子靶基因數(shù)據(jù)庫(kù)要點(diǎn)介紹研究問(wèn)題：人類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子靶基因的鑒定及其數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建和應(yīng)用研究方法：整合大規(guī)模的人類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子靶基因數(shù)據(jù)，綜合考慮轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)及基因組表觀修飾狀態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的影響，采用統(tǒng)一預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)了相對(duì)可靠的人類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子靶基因，并構(gòu)建了開(kāi)源的人類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子靶基因數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)分析了轉(zhuǎn)錄因子的細(xì)胞系特異性調(diào)控、轉(zhuǎn)錄因子間的協(xié)作調(diào)控等。主要成果1：建立了可靠的轉(zhuǎn)錄因子分析靶基因預(yù)測(cè)流程主要成果2：分析了659個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的7000多個(gè)ChIP-seq數(shù)據(jù)集，鑒定其靶基因，構(gòu)建了hTFtarget人類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子靶基因數(shù)據(jù)庫(kù)主要成果3：通過(guò)對(duì)示例轉(zhuǎn)錄因子

2、的靶基因預(yù)測(cè)，展示了hTFtarget的主要應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接：/hTFtarget/背景轉(zhuǎn)錄因子（Transcription factor, TF）在細(xì)胞增殖、組織分化以及個(gè)體發(fā)育等各個(gè)階段都起到了極其重要的作用。轉(zhuǎn)錄因子是基因時(shí)空表達(dá)的重要調(diào)控單元，其能結(jié)合到特定DNA基序上發(fā)揮對(duì)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的作用。因此，檢測(cè)轉(zhuǎn)錄因子的靶基因是研究轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的基礎(chǔ)，而不同條件下的轉(zhuǎn)錄因子靶基因的變化對(duì)研究該轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控機(jī)制也有重要參考意義。染色質(zhì)免疫共沉淀技術(shù)（Chromatin Immunoprecipitation，ChIP）是研究蛋白質(zhì)與DNA相互作用的有力工具，而ChIP與高通量測(cè)序相結(jié)合的ChI

3、P-seq技術(shù)，能高效地在全基因組水平上檢測(cè)與組蛋白、轉(zhuǎn)錄因子等互作的DNA序列，在轉(zhuǎn)錄因子及其靶基因研究中得到廣泛的應(yīng)用。目前已有大量公開(kāi)的轉(zhuǎn)錄因子ChIP-seq數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為研究人員在全基因組水平上揭示轉(zhuǎn)錄因子及其靶基因在不同條件下的調(diào)控關(guān)系提供了機(jī)遇。華中科技大學(xué)生物信息與數(shù)據(jù)挖掘?qū)嶒?yàn)室郭安源團(tuán)隊(duì)整合了人類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子的ChIP-seq大數(shù)據(jù)，采用改進(jìn)的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行靶基因預(yù)測(cè)，綜合考慮和分析了表觀修飾狀態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的影響，預(yù)測(cè)了相對(duì)可靠的人類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子靶基因，并構(gòu)建了開(kāi)源的人類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子靶基因數(shù)據(jù)庫(kù)hTFtarget（ HYPERLINK /hTFtarget /hTFtarget）。數(shù)

4、據(jù)資源hTFtarget整合來(lái)自ENCODE、GEO和SRA數(shù)據(jù)庫(kù)中659個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的7190個(gè)ChIP-seq數(shù)據(jù)集、TRANSFAC、JASPAR、HOCOMOCO的699個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的高可信度DNA結(jié)合序列，采用指數(shù)衰減的BETA模型量化轉(zhuǎn)錄因子對(duì)靶基因的調(diào)控能力，并結(jié)合ROADMAP表觀修飾狀態(tài)來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)這些轉(zhuǎn)錄因子的潛在靶基因（圖1A）。hTFtarget使用了ChIP-seq分析和轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)（Transcription Factor Binding Sites, TFBS）掃描兩種方法預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)錄因子的靶基因。第一種方法是基于ChIP-Seq高通量測(cè)序的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。首先，hTFtar

5、get從ChIP-seq數(shù)據(jù)中預(yù)測(cè)該轉(zhuǎn)錄因子在基因組上的結(jié)合峰（Peak），并根據(jù)前1000個(gè)結(jié)合峰預(yù)測(cè)并過(guò)濾出至多5個(gè)可信的模體（Motif），再在所有結(jié)合峰中掃描可信模體獲得轉(zhuǎn)錄因子的TFBS。然后根據(jù)TFBS與轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的距離，采用指數(shù)衰減的BETA模型量化轉(zhuǎn)錄因子對(duì)靶基因的調(diào)控能力，得到轉(zhuǎn)錄因子靶基因。最后，匯總每個(gè)轉(zhuǎn)錄因子在多個(gè)樣本中的靶基因預(yù)測(cè)結(jié)果及考慮靶基因的表觀修飾狀態(tài)，進(jìn)一步過(guò)濾得到高可信度的轉(zhuǎn)錄因子靶基因結(jié)果；第二種方法使用轉(zhuǎn)錄因子已知的結(jié)合模體預(yù)測(cè)靶基因。我們從TRANSFAC、JASPAR、HOCOMOCO等轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)庫(kù)收集了699個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的2737個(gè)模體的位置權(quán)

6、重矩陣（Position Weight Matrix，PWM），通過(guò)掃描人類(lèi)、小鼠和大鼠的基因組保守區(qū)域預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)錄因子的潛在靶基因。同時(shí)hTFtarget還分析了轉(zhuǎn)錄因子的細(xì)胞系特異性調(diào)控、轉(zhuǎn)錄因子間的協(xié)作調(diào)控等?；谏鲜鼋Y(jié)果，hTFtarget提供了6個(gè)功能模塊以方便用戶(hù)從不同角度考察轉(zhuǎn)錄因子與其靶基因的調(diào)控關(guān)系（圖1B）。圖1 hTFtarget的構(gòu)建流程及主要功能模塊應(yīng)用案例1）以基因ASCL2為例，使用hTFtarget的快速檢索功能瀏覽ASCL2作為轉(zhuǎn)錄因子的常態(tài)靶基因及ASCL2基因可能被哪些轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控（圖2A-C）。圖2D-2E展示了這些調(diào)控關(guān)系（結(jié)合峰）的強(qiáng)弱以及該調(diào)控關(guān)系可能

7、存在于哪些場(chǎng)景下（組織器官或細(xì)胞系）。圖2 hTFtarget快速檢索功能一覽2）以轉(zhuǎn)錄因子AR為例，瀏覽轉(zhuǎn)錄因子的常態(tài)和在特定狀態(tài)或組織中的靶基因（圖3）。用戶(hù)可以瀏覽hTFtarget所收集的轉(zhuǎn)錄因子的注釋及相關(guān)ChIP-seq數(shù)據(jù)集（圖3A，B）。同時(shí)可檢索和查閱該轉(zhuǎn)錄因子所調(diào)控的特定類(lèi)別基因或指定基因（圖3C），并查看該調(diào)控下的結(jié)合峰強(qiáng)度及周邊的染色質(zhì)狀態(tài)（圖3D）。圖3 hTFtarget中TF和target模塊3）hTFtarget的其他功能模塊。圖4A展示了hTFtarget可考察同一轉(zhuǎn)錄因子在不同細(xì)胞系（或同一細(xì)胞系中不同轉(zhuǎn)錄因子）中的結(jié)合峰狀態(tài)。圖4B展示了hTFtarget

8、可檢索多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子對(duì)特定靶基因可能的共調(diào)控（或多個(gè)基因可被同一轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，圖4B）。圖4C展示了hTFtarget可預(yù)測(cè)一段DNA序列上可能的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)。圖4 hTFtarget的其他功能模塊總結(jié)和討論 在這項(xiàng)研究中，郭安源團(tuán)隊(duì)整合了來(lái)自ENCODE、GEO和SRA數(shù)據(jù)庫(kù)中轉(zhuǎn)錄因子的ChIP-seq數(shù)據(jù)集和現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)中轉(zhuǎn)錄因子的高可信度DNA結(jié)合序列，采用指數(shù)衰減的BETA模型量化轉(zhuǎn)錄因子對(duì)靶基因的調(diào)控能力，并結(jié)合ROADMAP表觀修飾狀態(tài)來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)這些轉(zhuǎn)錄因子的潛在靶基因（圖1A），同時(shí)分析了轉(zhuǎn)錄因子的細(xì)胞系特異性調(diào)控和轉(zhuǎn)錄因子間的協(xié)作調(diào)控等?；谝陨辖Y(jié)果，該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了開(kāi)源的人類(lèi)轉(zhuǎn)錄

9、因子靶基因數(shù)據(jù)庫(kù)hTFtarget，是迄今為止建立的最全的人類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子靶基因數(shù)據(jù)庫(kù)。此外，相對(duì)于同類(lèi)型其他數(shù)據(jù)庫(kù)，hTFtarget還提供了全面、可信相關(guān)資源及友好的用戶(hù)界面，這些資源可極大方便轉(zhuǎn)錄因子及基因調(diào)控相關(guān)研究領(lǐng)域的科研人員。hTFtarget不僅適用于單個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控研究，還可用戶(hù)發(fā)現(xiàn)多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子之間潛在的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等。hTFtarget現(xiàn)對(duì)學(xué)術(shù)研究人員免費(fèi)開(kāi)放，可通過(guò)以下鏈接對(duì)其收錄的資源進(jìn)行檢索和瀏覽： HYPERLINK /hTFtarget /hTFtarget。 文章編譯來(lái)源：Qiong Zhang, Wei Liu, Hong-Mei Zhang, Gui-Yan Xie, Ya-Ru Miao, Mengxuan Xia, et al.hTFtarget: A Comprehensive Database for Regulations of Human Transcription Factors and Their Targets.Genomics Proteomics Bioinformatics2020;18(2).引用請(qǐng)參考以上格式，英文全文詳見(jiàn)/science/article/pii/S1672022920300954。該項(xiàng)目由華中科技大學(xué)郭安源教授生物信息學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成，