从染色质免疫沉淀时间序列数据推断 RNA 聚合酶 II 转录动力学

由 RNA 聚合酶 II（pol-II）介导的基因转录是基因表达的关键步骤。pol-II 沿转录区域移动的动力学影响基因表达的速率和时机。在这项工作中，我们提出了一种转录动力学概率模型，并将其拟合到使用 ChIP-Seq 测量的 pol-II 占据时间序列数据。该模型可用于估计转录速度并推断基因启动子处的时间 pol-II 活性谱。模型参数通过最大似然估计或使用马尔可夫链蒙特卡洛采样的贝叶斯推断进行估计。贝叶斯方法为参数估计提供置信区间，并允许使用捕捉领域知识的先验，例如基于先前实验的预期转录速度范围。该模型描述了 pol-II 沿基因体的移动，可用于识别转录参与基因的诱导时间。通过对推断的启动子活性时间谱进行聚类，我们能够确定哪些基因对刺激反应迅速，并将具有相似活性谱且因此可能共同调控的基因分组。我们将该方法应用于生物数据，这些数据使用 ChIP-seq 测量了 MCF-7 人乳腺癌细胞在用雌二醇（E2）处理时的全基因组 pol-II 占据情况。我们获得的转录速度与先前针对较少数量基因获得的结果一致，而我们的方法的优势在于可应用于全基因组范围。我们通过调查特定簇的转录因子结合模式并确定经典通路富集，验证了 pol-II 启动子活性簇的生物学意义。我们发现快速诱导基因在其近端启动子区域富集了雌激素受体α（ER$\alpha$）和 FOXA1 结合。