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DRIP-seq

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背景介紹

R -loop是由转录的RNA链与打开的双链DNA其中一条链发生碱基互补配对，形成RNA-DNA杂合链，同时与未配对的另一条DNA链游离在外组成的三方结构 [1]。它们分布广泛，占哺乳动物基因组的 5% [2,3]。 R-loop经常出现在基因组的启动子CGI和转录终止位点，形成R-loop的结构因素包括高度的GC偏倚（GC skew，在TSS下游的非模板链上，G比C富集）、G四联体、DNA缺口和DNA/RNA修饰等[4]。它们在调节基因表达、DNA 复制以及 DNA 和组蛋白修饰方面发挥着重要作用，具有重要的生物学功能。

圖1: R-loop的結構[5]

DRIP-seq与Arraystar LncRNA芯片、MeDIP-seq或者CHIP-seq联合分析，可为揭示R-loop在表观遗传以及转录调控中的重要功能提供有价值的研究视角。

R-loop通过影响DNA甲基化调控mRNA转录

有研究发现，在运动神经元疾病肌萎缩侧索硬化（ALS4）病人中，senataxin突变导致BAMBI（TGFβ的负调控因子）启动子R-loop含量降低，进而促进启动子DNA甲基化来抑制BAMBI转录，最终激活TGFβ信号通路，促进疾病发生发展[6]。

图2: ALS4病人senataxin突变抑制R-loop形成进而抑制BAMBI转录

Antisense LncRNAs形成R-loop影响mRNA转录

TCF21是与一种抑癌基因，在多种癌症中表达下调，它具有头对头反义lncRNA TARID（TCF21 antisense RNA inducing demethylation）。TARID在TCF21启动子附近形成R-loop，被R-loop识别蛋白GADD45a结合，招募去甲基化酶TET1，促进DNA去甲基化来增强TCF21转录，影响细胞周期[7]。

图3: Antisense lncRNA通过形成R-loop调控TCF21启动子DNA去甲基化及转录[4]

R-loop高通量筛选平台DRIP-seq

对于R-loop的筛选通常采用DRIP-seq（DNA:RNA hybrid immunoprecipitation and sequencing），该项目侧重于通过NGS在基因组水平上检测R-loops结构的分布。并且通过生物信息学分析，可以在不同的领域从中挖掘出更多有用的信息。

DRIP-seq选择 S9.6 抗体来富集 R-loop，S9.6 抗体用于特异性免疫沉淀 DNA：片段化后的 RNA 杂交体。然后可以通过对 R-loop的 DNA 链进行测序来实现 R-loop分析。

參考文獻：

[1] S. Hamperl, K.A. Cimprich, The contribution of co-transcriptional RNA:DNA hybrid structures to DNA damage and genome instability, DNA Repair 19 (2014) 84–94.

[2] L.A. Sanz, et al., Prevalent, dynamic, and conserved R-Loop structures associate with specific epigenomic signatures in mammals, Mol. Cell 63 (1) (2016) 167–178.

[3] Li. Miaomiao, et al., Modifications and interactions at the R-loop, DNA Repair 96 (2020) 102958.

[4] Christof Niehrs and Brian Luke, Regulatory R-loops as facilitators of gene expression and genome stability.Nat Rev Mol Cell Biol. 2020 Mar;21(3):167-178.

[5] A.H. Youssef, et al., The balancing act of R-loop biology: The good, the bad, and the ugly, J. Biol. Chem. (2020) 295(4) 905–913.

[6] Christopher Grunseich et al. Senataxin Mutation Reveals How R-Loops Promote Transcription by Blocking DNA Methylation at Gene Promoters Mol Cell. 2018 Feb 1;69(3):426-437.e7.

[7] Khelifa Arab et al., GADD45A binds R-loops and recruits TET1 to CpG island promoters. Nat Genet. 2019 Feb;51(2):217-223.
嚴格的質控體系：設置陰性對照組和陽參，以控制文库质量。

穩定性高：實驗操作穩定性高，减少实验操作带来的误差。

靈活度高：能夠直接對有基因組信息的物種進行R-loop測序。

提供數據可視化，丰富的注释信息与文章发表级别的图谱
1. 基因组DNA抽提

2. 超声片段化DNA

3. S9.6抗体免疫共沉淀

4. R-loop洗脱与cDNA第二链合成

5. DRIP-seq文库构建

6. 高通量测序

7. 数据分析

8. 提供实验报告
1.R-loop peak註釋表

2. R-loop peak 在不同基因特徵上的分佈。

圖：饼图显示了R-loop peak在每個基因特徵上的數目和比例。

3. R-loop peak 在不同基因特徵上的富集度

圖：R-loop peak在不同基因組特徵上的數目富集度和長度富集度。红色柱子：peaks佔總peaks數目的佔比, 表示實際某基因特徵的peak佔比；蓝色柱子：基因组特征区长度占所有基因特征区长度总和的占比，这个柱子可以等同于随机分配情况下某基因特征内的peak佔比。

4.R-loop peak在Genebody上的分佈

圖：R-loop peak在Genebody周圍的分佈。X軸表示到TSS或TES的距離，Y軸表示peak區的數目。

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