染色质重塑复合物分析¶

一句话说明¶

染色质重塑复合物就像基因组的"装修队"——它们消耗 ATP 的能量，移动、弹出或重新排列核小体，决定哪段 DNA 能被读取、哪段被封住。

核心知识点¶

要点1：什么是染色质重塑¶

核小体 = 147bp DNA 缠绕在组蛋白八聚体上，像线缠在线轴上
染色质重塑 = 用 ATP 能量改变核小体的位置或组成
白话类比：图书馆的书架（核小体）挡住了某些书（基因），重塑复合物就是搬书架的工人

要点2：四大重塑复合物家族¶

家族	代表成员	功能	疾病关联
SWI/SNF	BRG1, BAF	滑动/弹出核小体，激活基因	肿瘤（~20% 突变）
ISWI	SNF2H, ACF	规则排列核小体	发育异常
CHD	CHD1, NuRD	含有染色质结构域，调控发育	自闭症、肿瘤
INO80	INO80, SWR1	替换组蛋白变体（H2A.Z）	DNA 损伤修复

要点3：研究方法¶

ChIP-seq / CUT&Tag：定位重塑复合物在基因组上的结合位置
ATAC-seq：检测染色质开放性变化（重塑的结果）
MNase-seq：检测核小体定位变化
Co-IP + 质谱：鉴定复合物的蛋白组成
敲低/敲除 + 多组学：研究功能影响

要点4：分析思路¶

先鉴定复合物成员的基因组结合位点（ChIP/CUT&Tag）
在敲低条件下做 ATAC-seq，看哪些区域的开放性受影响
结合 RNA-seq，看基因表达变化
整合分析：哪些基因的调控依赖于该重塑复合物

实战代码¶

# ===== 染色质重塑复合物分析：整合 ATAC-seq + RNA-seq =====

# 1. ATAC-seq 差异开放性分析（以 BRG1 敲低为例）
# 比对已在上游完成，这里从 peak calling 开始

# 对 WT 和 KD（knockdown）分别 call peaks
macs2 callpeak -t WT_atac.bam -f BAMPE \
    --nomodel -g hs -n WT_peaks --keep-dup all
macs2 callpeak -t KD_atac.bam -f BAMPE \
    --nomodel -g hs -n KD_peaks --keep-dup all

# 2. 合并所有 peaks 得到统一的区域集合
cat WT_peaks_peaks.narrowPeak KD_peaks_peaks.narrowPeak | \
    sort -k1,1 -k2,2n | \
    bedtools merge -i - > merged_peaks.bed  # 合并重叠的 peaks

# 3. 用 featureCounts 计算每个 peak 区域的 reads 数
featureCounts -p --countReadPairs -T 8 \
    -F SAF -a merged_peaks.saf \
    -o peak_counts.txt \
    WT_rep1.bam WT_rep2.bam KD_rep1.bam KD_rep2.bam

# ===== R: 差异开放性 + 基因表达整合分析 =====
library(DESeq2)
library(ChIPpeakAnno)

# --- 差异开放性分析 ---
# 读取 ATAC-seq peak 计数矩阵
counts <- read.table("peak_counts.txt", header = TRUE, row.names = 1)
coldata <- data.frame(
    condition = c("WT", "WT", "KD", "KD"),  # 两组各两个重复
    row.names = colnames(counts))

# DESeq2 分析差异开放性
dds <- DESeqDataSetFromMatrix(counts, coldata, ~ condition)
dds <- DESeq(dds)
res <- results(dds, contrast = c("condition", "KD", "WT"))

# 筛选 KD 后关闭的区域（BRG1 依赖的开放区域）
closing <- subset(res, log2FoldChange < -1 & padj < 0.05)
cat("BRG1 敲低后关闭的区域数：", nrow(closing), "\n")

# --- 与基因表达关联 ---
# 将关闭的 peak 区域注释到最近的基因
library(TxDb.Hsapiens.UCSC.hg38.knownGene)
txdb <- TxDb.Hsapiens.UCSC.hg38.knownGene

# 把关闭区域的坐标转成 GRanges 对象
closing_gr <- GRanges(closing_peaks)  # 从 bed 文件读取

# 找最近的基因 TSS
anno <- annotatePeakInBatch(closing_gr,
    AnnotationData = TSS.human.GRCh38)

# 看这些基因在 RNA-seq 中是否也下调
# 如果 ATAC 关闭 + RNA 下调 = BRG1 直接激活的靶基因

面试常问点¶

★ SWI/SNF 复合物在肿瘤中为什么重要？¶

参考答案：SWI/SNF 复合物的核心亚基（BRG1、ARID1A 等）在约 20% 的人类肿瘤中发生突变，是突变频率最高的染色质调控因子。它的功能是打开染色质、激活抑癌基因的表达。突变导致染色质无法正常打开，抑癌基因被沉默，促进肿瘤发生。目前 SWI/SNF 突变已成为重要的肿瘤治疗靶点。

★ 怎么判断一个基因是否受染色质重塑复合物直接调控？¶

参考答案：需要三层证据——第一，ChIP/CUT&Tag 证明重塑复合物在该基因的调控区域有结合；第二，敲低重塑复合物后 ATAC-seq 显示该区域的开放性下降；第三，RNA-seq 显示该基因的表达也下降。三者一致才是强有力的直接调控证据。

速查卡片¶

问题	一句话答案
染色质重塑的本质	消耗 ATP 改变核小体位置或组成
四大家族	SWI/SNF、ISWI、CHD、INO80
肿瘤中最重要的家族	SWI/SNF（~20% 肿瘤突变）
主要检测技术	ChIP-seq + ATAC-seq + RNA-seq 整合
核小体定位检测	MNase-seq
SWI/SNF 的功能	滑动/弹出核小体，开放染色质
INO80 的特殊功能	替换组蛋白变体（如 H2A.Z）