核酸研究:报道非编码调控元件可以稳定染色质的三维结构

来源：北京大学2022-04-26 12:04

发现了一系列与细胞生长和存活密切相关的位点。这项研究首次发现，删除这种增强子位点可以在很大范围内改变染色质结构，并通过同时影响多个非必需基因的协同作用来影响细胞稳态。

在人类基因组的非编码序列中，启动子和增强子是调控基因表达的重要功能元件。在大多数情况下，激活的增强子将直接与近端启动子相互作用。同时，一些增强子可以通过染色质成环、蛋白质寡聚化和RNA聚合酶II结合增强子沿染色质追踪与线性基因组中的远端启动子相互作用。增强子和启动子之间的长距离相互作用表明，调控元件的活性可以影响染色质的三维结构。近年来，越来越多的研究表明，增强子和启动子之间的相互作用对于特定三维空间结构的形成非常重要。例如，转录因子和聚合酶在细胞核内不是均匀分布的，而是倾向于聚集在转录活跃或染色质密集的区域；转录过程如转录延伸也能影响染色质结构。对于这些在空间聚集并在转录中活跃的调控元件能否维持广泛的染色质结构，目前还没有系统的研究。

北京大学危文胜研究组和加州大学圣地亚哥分校(UCSD)王伟研究组联合发表了题为《论核酸研究》的研究论文。基于前期工作建立的EpiTensor算法(朱等Nature Communications 2016)找到了基因组中的活性增强子/启动子相互作用中心位点，称为hotspot。通过CRISPR/Cas9系统，利用靶向片段删除非编码热点增强子位点，然后进行高通量功能筛选。发现了一系列与细胞生长和存活密切相关的位点。这项研究首次发现，删除这种增强子位点可以在很大范围内改变染色质结构，并通过同时影响多个非必需基因的协同作用来影响细胞稳态。

目前，能够有效发现增强子/启动子相互作用的高分辨率Hi-C数据很少。本研究采用分辨率为200 BP的EpiTensor算法预测了73个正常细胞系和5个癌细胞系/组织中活性增强子/启动子的三维相互作用，得到了增强子与启动子、增强子与增强子、启动子与启动子之间的强相互作用位点热点。危文胜的合作团队发现，调控元件相互作用网络(REIN)是一个小世界网络，即它不受节点随机破坏的影响，但对高价值节点的定向破坏非常敏感(图1A-B)。为了探索热点位点是否参与稳定染色质的三维结构，合作团队利用实验室建立的CRISPR/Cas9系统介导的pgRNA片段删除策略，对K562细胞中的751个非编码热点增强子位点进行高通量功能筛选，发现了43个影响细胞存活或增殖的重要功能区域(称为必需热点)(图1C)。其中，缺失Hotspot _ 10 _ 25 (CHR 10: 74，123，469 74，1248，68)可导致K562细胞显著的细胞死亡或生长抑制，而不影响其他癌细胞(图1D)。

图1热点位点的发现和高通量功能筛选

为了探索hotspot基因座的缺失是否影响染色质结构，合作团队选择hotspot_10_25基因座进行进一步研究，该基因座不与任何必需基因相互作用。Hi-C分析发现，基因缺失后，位点附近6 8 Mb区域的有效介数和模分数发生了显著变化，与热点区域相互作用的部分区域(chr10: 11 17 Mb)也发生了变化。与此一致，在CHR1033601214 MB区域也发现了拓扑相关结构域(TAD)的破坏。染色质结构的这些变化导致许多基因的增强子和启动子之间的相互作用发生变化，包括CELF2、RSU1、FAM149B1和CCAR1等。这些受影响的增强子和启动子不限于缺失的热点位点附近，甚至远至62 Mb。因此，热点的缺失可以在很大范围内影响染色质结构，而不局限于其线性基因组的相邻区域。单细胞测序进一步发现，这个热点位点的缺失可以激活一系列凋亡相关基因的表达，同时影响TAD中与之相互作用的多个非必需基因的表达。研究证明，多个基因表达变化的协同效应可以显著影响细胞存活。该研究首次揭示了非编码调控元件增强子在稳定染色质三维结构中的重要性，并且不限于已知的增强子与启动子的直接相互作用。

版权声明

本网站所有标注“来源：100医学网”或“来源：bioon”的文字、图片及音视频资料，版权归100医学网网站所有。未经授权，任何媒体、网站、个人不得转载，否则将追究法律责任。获得书面授权转载时，必须注明“来源：100医学网”。其他来源的文章均为转载文章。本网站所有转载文章都是为了传递更多信息。转载内容不代表本站立场。不想被转载的媒体或个人可以联系我们，我们会立即删除。

87%的用户都在使用100医疗网APP随时阅读、评论、分享。请扫描二维码下载-