猪脑与内分泌组织特异性染色质可及性区域及转录因子结合位点的表观遗传图谱研究

这篇研究通过ATAC-seq技术绘制了猪脑部（杏仁核、海马体、下丘脑等）与内分泌组织（垂体、肾上腺）的染色质可及性图谱，揭示了321,584个开放染色质区域和377个显著富集的转录因子结合基序（p≤0.001），发现肾上腺特异性区域与皮质醇合成、酪氨酸代谢相关，而脑区富集细胞因子-受体互作通路，为神经内分泌调控和动物福利研究提供了表观遗传学基础。

　　

摘要

研究通过ATAC-seq技术对猪的杏仁核（Amy）、海马体（Hip）、丘脑（Tal）、下丘脑（HT）、垂体（PG）和肾上腺（AG）等6类组织进行染色质可及性分析，鉴定出321,584个共识峰，其中51,056个具有组织特异性。转录因子基序分析发现377个显著富集的基序（p≤0.001），包括垂体特异性基序GRHL2/KLF5和肾上腺特异性基序GATA4/6/HAND2。功能分析显示，肾上腺的差异可及区域（DARs）与皮质醇合成和酪氨酸代谢相关，而脑区富集神经活性配体-受体互作和细胞因子信号通路。

材料与方法

实验选用8头170日龄雌性德国长白猪，采集48份组织样本。通过密度梯度离心纯化细胞核，使用Tn5转座酶构建ATAC-seq文库，测序深度达64.8±11.3 million reads/样本。数据分析采用nf-core/atacseq流程，包括比对（Sscrofa11.1参考基因组）、峰值调用（MACS2）和差异分析（DiffBind）。组织特异性区域通过香农熵（H<2且相对可及性Ri≥0.33）筛选，基序富集分析使用HOMER2。

结果

1. 组织特异性染色质可及性：
   下丘脑和丘脑聚类相近，海马体与杏仁核共享相似表观特征。肾上腺和垂体作为内分泌组织与脑区显著分离。
2. 转录因子调控网络：
   • 丘脑富集LEF1/TCF3/MEF2家族基序，与其神经元兴奋性调控功能一致。
   • 海马体和杏仁核特异性富集Olig2/NeuroD1/NeuroG2基序，支持其神经发生和分化功能。
   • 垂体中GRHL2和KLF5的基序与表达协同，调控应激反应；肾上腺中GATA4/6和HAND2驱动类固醇合成酶（如TH、CYP11A1）的表达。
3. 功能通路：
   肾上腺开放区域关联酪氨酸代谢（TH、DBH）和皮质醇合成基因（STAR、CYP17A1），而脑区DARs富集CCL25、IL12RB1等细胞因子通路基因。

讨论

猪脑与人脑的解剖和表观遗传相似性（如AP-1基序在HPA轴的保守性）支持其作为神经研究的转化模型。垂体中RFX5/NKX2.1基序与光周期调控相关，而肾上腺HAND2通过调控TH影响儿茶酚胺合成。值得注意的是，染色质可及性与基因表达的关联性有限（仅15%启动子区域DARs与转录水平正相关），提示多层级调控的存在。

结论

研究首次系统描绘了猪HPA轴组织的表观遗传图谱，揭示了组织特异性调控模块，为后续神经内分泌机制研究和农业动物遗传改良提供了分子基础。未来需结合单细胞测序和应激模型深化调控机制解析。