转录因子结合区域的DNA甲基化模式表征其功能和进化背景

背景：DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰，在调节基因组功能中具有多种作用。其水平在基因组上空间相关，通常在抑制区域高，而在转录因子（TF）结合位点和活性调控区域低。然而，建立全基因组和TF结合位点甲基化模式的机制仍不清楚。结果：在这里，我们使用比较方法研究DNA甲基化与哺乳动物TF结合进化的关联。具体来说，我们通过实验描绘DNA甲基化，并将其与已发表的五种不同TF（CTCF，CEBPA，HNF4A，ONECUT1，FOXA1）在五种哺乳动物（人，猕猴，小鼠，大鼠，狗）肝脏中的占据谱相结合。TF结合位点甲基化水平低，但它们也经常具有中等甲基化水平。此外，结合位点受到其更宽结合区域中CpG甲基化状态的影响，即使核心结合基序中不存在CpG。采用分类和聚类方法，我们提取了TF结合区域DNA甲基化水平的独特且物种保守的模式。CEBPA，HNF4A，ONECUT1和FOXA1共享相同的甲基化模式，而CTCF的模式不同。这些模式表征了TF结合区域的不同功能和染色质景观。利用我们的系统发育框架，我们发现TF占据进化丢失后DNA甲基化增加，表明协调进化。此外，每种甲基化模式都有其自身的进化轨迹，反映其基因组背景。结论：我们的表观基因组分析表明DNA甲基化在跨物种TF结合变化中的作用，包括特定DNA甲基化谱表征TF结合并与其调控活性、染色质背景和进化轨迹相关。