HS5-1增强子eRNA PEARL对原钙粘蛋白α基因簇的表达调控

远端增强子对关键靶基因的表达调控通常可以决定细胞的命运和功能,激活的增强子可以双向转录产生长非编码(longnoncoding)增强子RNA(enhancerRNA,eRNA)调控靶基因表达,课题组前期研究发现增强子eRNA能够通过形成R环(R-loop)来促进增强子与靶基因的染色质远距离互作,引起局部三维基因组TAD(topologically associated domain)的改变。为了进一步探究eRNA在基因转录过程中的生物学功能,本研究选取原钙粘蛋白(protocadherin, Pcdh)基因簇的增强子eRNA PEARL (Pcdh eRNA associated with R-loop formation)作为研究对象,通过CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) DNA片段编辑技术、逆转录PCR、荧光定量PCR等遗传学和分子生物学实验,揭示了增强子eRNAPEARL对Pcdhα基因簇表达的促进作用。首先,本研究通过分析不同组织中HS5-1增强子eRNA发现其表达具有组织特异性...     

增强子RNA研究现状

增强子是真核生物基因表达调控的主要顺式作用元件,能有效促进基因表达。活化的增强子可以转录生成增强子RNA (enhancer RNAs, eRNAs),其合成受到信号系统和信号转录因子的约束。eRNAs与其他转录本(如lncRNAs和mRNAs)相比,其长度更短、稳定性更差、组织特异性更强。此外,eRNAs对增强子与启动子之间的染色质环(looping)的形成和稳定有一定的作用,并能促进靶基因的表达。目前,越来越多的研究发现eRNAs在发育和疾病发生等生物学过程中扮演着重要角色,但是其功能研究一直进展缓慢,调控机制尚不清楚。本文概述了eRNAs的特征、研究方法和功能特性,探讨了eRNAs作为潜在治疗靶标的可能性,以期为eRNAs的后续研究提供参考。     

增强子RNA的研究进展

增强子是位于基因上游的DNA序列,能够增强下游基因的转录,但增强子自身也可转录出RNA却鲜为人知。最近通过一些关于全基因组的研究发现,增强子可以普遍地转录产生RNA,称之为enhancer RNAs(eRNAs)。eRNAs可以激活增强子活性,也能与其它蛋白质因子结合促进增强子启动子环的形成,从而激活下游基因的表达,它还可能以独立的形式发挥某些生物学功能。目前对eRNAs的研究并不是很深入,所以对eRNAs的深入研究将对其功能探索、eRNAs的开发应用,甚至是疾病的防治有重要的意义。本文旨在对eRNAs的结构、功能及作用机制作相关介绍。     

表观遗传学——理论·方法·研究进展(2)

4 表观遗传学重点内容之二--染色体重塑 基因的活化和转录需要一系列重要的染色质变化,如染色质去凝集、核小体变成疏松的开放式结构等,使转录因子等调节因子更易接近和结合核小体DNA.与基因表达调节所伴随的这类染色质结构改变现象就叫做染色质重塑(chromatin remodeling),需要特异的因子结合在启动子和增强子等顺式作用元件上,并和RNA聚合酶之问建立起有效的联系.染色质重塑的机理涉及特殊的蛋白复合体.     

肝癌细胞HepG2中增强子的识别及生物信息学分析

目的:整合增强子特征识别肝癌细胞HepG2增强子,并对其保守性、GC含量、转录因子调控、靶基因功能等进行分析,以期解析肝癌细胞增强子参与的调控网络。方法:通过整合H3K27ac、H3K4me1和H3K4me3组蛋白修饰及DNaseⅠ高敏位点的Chip-seq数据预测HepG2中的增强子,计算每个增强子的平均Phast Cons分数和GC含量,评估整体增强子的保守性与GC含量,整合ENCODE转录因子结合位点数据寻找转录因子-增强子调控,使用GREAT和DAVID分别对增强子和增强子的靶基因进行GO与KEGG通路功能富集分析。结果:共识别2254个肝细胞癌增强子,1432个增强子靶基因,135个转录因子的9983个增强子结合位点;比较随机位点靶基因,发现增强子显著正调控靶基因的表达;保守性与GC含量分析表明增强子具有显著高的保守性与GC含量,并存在C-T/C-T/C-T-G模式的motif;增强子功能分析显示增强子显著富集于蛋白结合、酶结合、转录因子结合、RNA聚合酶Ⅱ结合等已知增强子功能,增强子GO与KEGG通路功能富集分析表明增强子靶基因显著参与细胞增殖、细胞凋亡、细胞周期调控和细胞迁移等肿瘤相关的生物进程与信号通路。结论:识别的肝细胞癌增强子具有显著高的保守性与GC含量,受多种转录因子调控,对其靶基因起正调控作用并且显著富集于肿瘤相关生物学进程与信号通路中。     

核受体超家族介导基因调控的分子机制

核受体超家族由甾体激素、甲状腺激素、维甲酸、维生素D等化学信号的受体及配体未明的多种孤儿受体组成,该家族成员的主要功能是作为配体激活的转录因子,调控代谢、发育、生殖相关基因的表达。核受体与启动子和增强子上的激素应答元件及其它DNA序列特异性激活因子结合,而激活或阻遏靶基因的转录。核受体调控基因转录需要募集称为辅调控因子的蛋白分子,这些蛋白分子与核受体一起装配成多组分的复合物,它们可提供相关的酶促活性和脚手架功能。通过与基础转录机器的相互作用和对染色质结构的可逆性共价修饰等作用,辅调控因子调控核受体对靶基因转录的激活或阻遏。许多辅调控因子本身受到多条细胞内信号转导途径的调控。     

生物信息学新方法鉴定乳腺癌增强子并分析其潜在功能

乳腺癌是威胁女性生命的一大危险因素。激活与癌症发生发展和细胞多能性相关的增强子或抑制维持细胞命运的增强子均可导致“细胞身份危机”,使细胞趋向去分化状态进而癌变。本研究运用新的生物信息学方法,通过深入分析癌症基因组图谱(the cancer genome atlas, TCGA)数据库的乳腺癌全转录组测序数据,鉴定乳腺癌相关增强子并量化增强子RNA(enhancer RNA, eRNA),预测其对靶基因的调控活性,同时探讨活性异常增强子在乳腺癌发生发展过程中的潜在作用。在112对乳腺癌患者的肿瘤与癌旁组织中鉴定得到47 921个eRNAs,其中4 830个eRNAs在肿瘤和癌旁组织间存在显著的表达差异,有666个差异表达eRNA的增强子位点与已知的乳腺癌相关基因组变异位点重叠。通过计算转录因子与增强子位点结合的亲和力发现部分增强子突变位点可能导致转录因子亲和力改变,影响增强子活性及其对下游基因的表达调控。通过稀疏优化模型预测增强子与靶基因的调控关系,进一步评估异常增强子对乳腺癌相关基因表达的影响。综合上述分析,本研究提供了一种新的分析流程,系统分析了乳腺癌相关增强子,发掘了乳腺癌增强子相...     

串联反向CTCF位点的系列删除揭示增强子调控HOXD基因簇表达的平衡

三维基因组染色质架构蛋白CTCF(CCCTC-bindingfactor)能够介导增强子与基因启动子的远距离染色质相互作用,也可以结合调控区域的绝缘子发挥增强子绝缘功能,对发育中的基因表达调控具有重要作用。同源框基因家族(Homeoboxgenefamily,Hox)编码一类控制动物发育的关键转录因子,在发育中主要沿胚胎首尾轴(head-to-tail axis)呈时空线性表达。在哺乳动物中,Hox基因分为HoxA、HoxB、HoxC和HoxD四个基因簇,在中枢神经系统、骨骼和四肢发育中发挥重要功能。HoxD基因簇主要调控四肢发育,受位于其两侧调控域内的增强子调节,沿肢体近远轴(proximal-distal axis)呈时空线性表达。在人类基因组中,HOXD基因簇及其两侧的调控区域分布有串联排列的CTCF结合位点(简称CTCF位点),参与9个HOXD基因的表达调控。本研究以HOXD基因簇为模式基因,探究CTCF对发育基因(developmentalgenes)转录调控的影响。利用CRISPRDNA片段编辑技术在人HEK293T细胞中获得一系列的串联反向CTCF位点删除的单细胞克隆株。...     

ATP依赖的染色质重塑复合体

真核基因转录调节需要改变色质结构（即染色质重塑）,需要特异因子结合启动子和增强子等顺式作用元件,需要这些位点和RNA聚合酶之间建立联系（通讯）,这些作用都需要不同的多蛋白复合体。这些复合体中的每一个都可能是调节某个特定基因的关键因素,本文讨论ATP依赖的重塑复合体如起到修饰染色质结构的作用。     

细菌RNA聚合酶亚单位研究进展

细菌的转录过程是一个由多种分子共同调控的复杂过程,其中RNA聚合酶(RNA polymerase,RNAP)是催化转录合成RNA的重要酶.作为RNAP中一个独立的亚单位,σ因子(sigma factor)在转录起始过程中起着至关重要的作用.最近的研究表明σ因子参与了转录起始的各个过程,包括启动子的定位、启动子的解链、起始RNA合成、脱离启动子等过程.由于其在细菌转录过程中的重要作用,σ因子正在成为抗菌药物研究的新靶点.本文对σ因子的结构、分类、功能以及以它为中心的调控网络的研究进行综述.     

中介体复合物——RNA聚合酶Ⅱ转录装置的信息传递者

在真核通用转录装置与基因特异性调控蛋白之间起到桥梁作用是一种保守的多蛋白中介体复合物（mediator complex).中介体复合物是由约20种蛋白组成的复合物,以单独或与RNA聚合酶Ⅱ形成复合物的形式存在,后者被定义为全酶（holoenzyme)。中介体复合物把从增强子等调控区获得的正调控与负调控信息,经过整合和转换再传递到启动子,它直接通过RNA聚合酶Ⅱ行使功能,并在依赖于启动子的转录过程中调节RNA聚合酶Ⅱ的活性,最后在哺乳动物转录系统中发现了一些与酵母中介体复合物极为相似的类似物也能够与转录激活蛋白相互作用,并在转录调节过程中起到重要的作用。     

ISL1与PHF8相互作用促进小鼠胚胎干细胞向心肌细胞的分化

近年的研究发现,在心肌细胞分化过程中,转录因子可以与表观修饰蛋白质结合进行更为精细的转录调控.作为转录因子的胰岛素基因增强子结合蛋白1（islet1, ISL1）,在心血管发育过程中发挥至关重要的作用.然而, ISL1是否能够与表观修饰蛋白质相互作用,从而发挥更为精细的调控作用,目前尚未明确.本室研究发现,ISL1在小鼠胚胎干细胞向心肌细胞分化过程中,能够与组蛋白去甲基化酶PHD指蛋白8(PHF8)相互作用从而促进分化. 实时RT-PCR和Western 印迹的方法检测显示,ES细胞向心肌细胞分化过程中ISL1和PHF8具有相似的表达谱.通过免疫共沉淀的方法检测分化过程中ISL1与PHF8的结合,通过染色质免疫沉淀的方法对二者在ISL1下游靶基因增强子区的结合水平进行检测,利用实时RT-PCR检测二者的相互结合对心肌细胞分化的影响.结果显示,ISL1能够与PHF8相互作用,共同结合在ISL1下游靶基因Mef2c和Myocd的增强子区,协同促进ES细胞向心肌细胞的分化.本研究证实,在心肌细胞分化过程中,ISL1存在与表观修饰蛋白质PHF8的相互作用,从而进一步促进心肌细胞的分化.     

绝缘子调控基因的表达

绝缘子在调控真核基因时空特异表达的过程中起着至关重要的作用.它的主要功能是增强子阻断和异染色质屏障.已经有竞争、阻断和成环等模型描述其增强子阻断功能;而它的异染色质屏障功能主要是通过影响染色质组蛋白的翻译后修饰来实现.已经确定的绝缘子包括果蝇基因组中的染色质特化结构(specialized chromatin structures, scs)和scs、gypsy、鸡珠蛋白β基因座上游的DNaseⅠ高敏感位点cHS4以及小鼠或人Igf2/H19基因座上的印记控制区(imprinting control region, ICR)和DNA甲基化区域(DNA methylated regions, DMR)元件等.许多转录因子参与绝缘子的基因调控作用,例如脊椎动物中的CCCTC结合因子(CCCTC binding factor,CTCF).利用基因组学和生物信息学等方法,还可以在基因组中发现新的绝缘子元件.     

靶向转录研究新进展

靶向转录（ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌ ｔａｒｇｅｔｉｎｇ）是指在转录水平将目的基因界定于靶位点进行有效表达的过程,有许多因子参与这一复杂调控,包括许多顺序作用元件如组织特异性启动子／增强子、可被内、外源刺激诱导的启动子以及绝缘子、静息子等,它们与靶组织内的转录因子相互作用实现基因的定位表达,而结合基因开关、二步转录激活系统及Ｃｒｅ／ＬｏｘＰ系统又可控制表达产物的消长。     

细菌转录起始调控机制*

原核生物同一种群的每个细胞都是和外界环境直接接触的,它们主要通过开启或关闭某些基因的表达来适应环境条件。所以,环境因子往往是调控的效应因子,必须严格调控转录来确保细胞对环境改变做出有效且充分的反应。原核生物基因的表达受多种因素的调控,而对于大多数细菌来说,调控基因表达的关键步骤是启动子识别和RNA聚合酶启动转录。在细菌的细胞中,可以通过调节RNA聚合酶的活性以及改变RNA聚合酶对启动子的结合来优化基因的转录过程以适应不同环境变化。总结了目前已发现的参与细菌细胞转录调节的各类因子,从这些因子对启动子的作用、RNA聚合酶的作用以及两者的相互作用等方面阐述它们调控基因表达的分子机制。总结多种基因调控的作用,加深对转录起始过程的认识,希望能对未来调控转录起始过程来实现目标基因的高效表达和不利基因的抑制表达提供思路,为以后的工业菌株改造提供依据。     

骨唾液酸蛋白基因转录调控研究

骨唾液酸蛋白(bone sialoprotein,BSP)是一种高度糖基化、磷酸化、硫酸化的多功能非胶原蛋白,主要分布于矿化相关组织,多种恶性肿瘤中也有异常表达。BSP基因转录调控序列位于5’端侧翼区,由启动子、增强子、沉默子、糖皮质激素应答元件等组成。基因转录的顺式作用元件位于启动子区,顺式作用元件及其结合的转录因子有生物种类特异性,一些转录因子以不同的亲和力与其部分潜在结合位点结合,并相互作用协同调控转录。激素、成纤维细胞生长因子-2(fibroblast growth factor 2,FGF-2)、胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor 1,IGF-1)、α-肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等通过特定的信号通路参与对BSP基因的转录调控,在BSP基因启动子上有它们的应答元件。     

增强子作用机制研究进展

增强子是能够增强启动子转录活性的ＤＮＡ顺式作用序列。增强子的结构与启动子相似,也是由多个元件组成,每个元件可以与一种或多种转录调控因子结合。增强子可以在启动子区的上游或下游起增强转录作用且与其距转录起点的远近无关。如Ｔ细胞受体α链基因的增强子位于启动...     

ISL1与PHF8相互作用促进小鼠胚胎干细胞向心肌细胞分化

近年的研究发现,在心肌细胞分化过程中,转录因子可以与表观修饰蛋白质结合进行更为精细的转录调控.作为转录因子的胰岛素基因增强子结合蛋白1(islet1,ISL1),在心血管发育过程中发挥至关重要的作用.然而,ISL1是否能够与表观修饰蛋白质相互作用,从而发挥更为精细的调控作用,目前尚未明确.本室研究发现,ISL1在小鼠胚胎干细胞向心肌细胞分化过程中,能够与组蛋白去甲基化酶PHD指蛋白8(PHF8)相互作用从而促进分化.实时RT-PCR和Western印迹的方法检测显示,ES细胞向心肌细胞分化过程中ISL1和PHF8具有相似的表达谱.通过免疫共沉淀的方法检测分化过程中ISL1与PHF8的结合,通过染色质免疫沉淀的方法对二者在ISL1下游靶基因增强子区的结合水平进行检测,利用实时RT-PCR检测二者的相互结合对心肌细胞分化的影响.结果显示,ISL1能够与PHF8相互作用,共同结合在ISL1下游靶基因Mef2c和Myocd的增强子区,协同促进ES细胞向心肌细胞的分化.本研究证实,在心肌细胞分化过程中,ISL1存在与表观修饰蛋白质PHF8的相互作用,从而进一步促进心肌细胞的分化.     

溴结构域蛋白4的结构和功能及其抑制剂在肿瘤研究中的应用

溴结构域和超末端结构域(bromodomain and extraterminal domain, Bet)家族是表观基因组的调节因子,也是肿瘤细胞生存所依赖的肿瘤相关基因表达的关键驱动因子。溴结构域蛋白4 (bromodomain-containing protein 4, Brd4)是溴域和端外蛋白家族中的一员,通常识别乙酰化组蛋白,并定位于目的基因的启动子或增强子区域,启动并维持肿瘤相关基因的表达。Brd4与多种转录因子调控和染色质修饰密切相关,并参与DNA损伤修复、维持端粒功能,从而维持肿瘤细胞的存活。本文围绕Brd4蛋白的结构、功能及其抑制剂在肿瘤研究中的应用进行综述。