調控基因表達的“染色質環”新因子篩選獲進展

  中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院、生物島實驗室研究員姚紅杰課題組通過系統性篩選在基因組上與CTCF共定位的轉錄因子，鑒定出大量與CTCF存在高共定位率的新轉錄因子，并選取了轉錄因子BHLHE40進行后續的功能驗證，發現BHLHE40可以調控CTCF在基因組上的結合，進而影響其介導的遠距離染色質相互作用。相關研究9月4日在線發表于《核酸研究》。

微米大小的細胞為了儲存遺傳信息，其遺傳物質在細胞核內被緊密地包裝和折疊。研究發現基因組的結構是有序的，至少有三個逐級復雜的維度。其中，三維結構是染色質的高級結構，該結構由特殊的結構蛋白質所介導（比如Cohesin、CTCF等），這些結構蛋白將30納米的染色質纖維折疊成具有“染色質環”的高級結構。“染色質環”不僅有利于精確地保存遺傳信息，而且可以介導遠距離染色質內和染色質間的相互作用，能將調控元件帶到目的基因附近，從而調控基因表達。

為了鑒定更多調控CTCF結合或CTCF介導的染色質互作的轉錄因子，研究人員從尋找CTCF共定位因子的角度出發，整合數據庫中所有高質量的轉錄因子ChIP-seq數據，系統性地篩選在基因組上與CTCF具有共定位的轉錄因子。然而轉錄因子和CTCF的ChIP-seq數據要在同一細胞、同一處理的前提條件下才具有可比性，但具備這種條件的轉錄因子ChIP-seq數據非常少。

研究人員利用CTCF在基因組上的結合具有保守性的特點，通過整合大量細胞和組織中CTCF ChIP-seq數據，首次鑒定出超保守的CTCF結合位點。這些結合位點在絕大多數細胞和組織中都存在，可以與所有轉錄因子的ChIP-seq數據進行比較，從而達到系統性篩選CTCF共定位因子的目的。通過這種方法，研究團隊鑒定出多種已經報道的與CTCF具有高共定位率的蛋白因子如ZNF143、KDM5B以及Cohesin復合物中亞基 RAD21、SMC3和SMC1A等，說明了生物信息分析結果的可靠性。另外還鑒定出了多個之前未見報道的與CTCF具有高定位率的轉錄因子。

研究人員進一步利用CTCF介導的染色質互作強度信息與CTCF高共定位率因子的結合強度進行聯合分析，發現存在多個共定位因子的CTCF結合位點能夠形成更強的染色質互作，暗示存在促進CTCF介導染色質互作的因子。進一步通過相關性分析，鑒定出多個具有調控CTCF介導染色質互作潛能的因子。研究發現敲降BHLHE40顯著影響CTCF在基因組上的結合，進而影響CTCF介導的染色質相互作用。

該課題組開發的利用超保守CTCF結合位點鑒定CTCF共定位因子的方法，不僅具有很好的通用性和普適性，而且為后續研究細胞命運決定及疾病發生發展過程中CTCF介導染色質互作的動態變化提供了新思路。

據了解，該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃和中國科學院戰略性先導科技專項等項目的資助。