增强子RNA的功能特性及其在人类疾病中的重要调控作用

增强子是基因组上一段可以被转录调控蛋白识别并结合的区域,作为顺式调控元件和启动子共同参与基因转录过程。增强子在激活状态下,打开局部染色质并暴露DNA基序以吸引转录因子,从而进一步招募RNA聚合酶产生一类非编码RNA,即增强子RNA(enhancer RNA,eRNA)。eRNA可促进增强子与启动子特异性染色质远程互作参与基因转录调节,或与转录因子等调控蛋白结合促进基因转录,具有多样的功能和调控机制,从而在细胞的发育和分化、疾病发生发展等众多生物过程中起重要作用。该文就e RNA特性、功能、鉴定、数据库资源,以及eRNA在人类神经系统疾病、癌症、免疫代谢类疾病、心血管疾病等中的功能作用研究进展作一系统综述,探讨eRNA的未来研究方向,及在疾病中作为潜在治疗靶点的可能及目前存在的挑战。     

真核生物基因表达的调控元件——绝缘子

在真核生物基因组中,绝缘子（ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）既是一种边界元件,又是一种控制基因表达的调控元件。目前在果蝇和鸡等的基因组中已发现多个绝缘子,它们是通过阻断邻近的调控元件与其所界定的启动子之间的相互作用而产生调控效应。绝缘子的调控是一个由许多蛋白质因子参与的复杂过程,对绝缘子功能的进一步研究,将为解开真核生物基因表达的调控之谜提供有力的证据。１　绝缘子及染色质边界元件真核生物染色体是由一系列各自独立的高度有序的染色质结构域组成,这些结构域在功能和结构上都是独立的,它们是由边界元件所界定。迄今为止…     

基因组DNA甲基化及组蛋白甲基化

在真核生物中,DNA甲基化是一种非常重要的表观遗传学标记,能影响染色质的结构和基因的表达。随着全基因组甲基化测序的发展,全基因组范围内的DNA甲基化水平得以了解。文章概述了基因组中启动子、基因本体、增强子、沉默子和转座子等不同元件的DNA甲基化的研究进展,以及DNA甲基化与基因表达调控间的关系。启动子的DNA甲基化对基因的表达有抑制作用,而基因本体的DNA甲基化与基因的表达关系因物种或细胞类型不同而异。增强子的DNA甲基化状态与基因活性呈反比关系,沉默子则相反呈正相关。转座子的DNA高度甲基化抑制其转座活性,从而维持基因组的稳定性。文章还探讨了DNA甲基化与组蛋白甲基化间的相互作用及其对基因表达、可变剪切、转录的调控作用,以及本领域的未来研究方向。     

染色质构象调控真核基因的表达

真核基因的表达受到各种顺式调控元件、反式作用因子、染色质DNA以及组蛋白表观遗传修饰等多因素、多层次的调控。染色质三维空间结构的变化在调控真核基因表达方面也发挥了至关重要的作用。染色质构象的变化一方面可以使增强子等调控元件与靶基因相互靠近,从而促进基因表达;同时也可能通过形成空间位阻结构阻碍调控元件作用于靶基因,抑制基因表达。虽然染色质结构变化调控真核基因表达的机制仍缺乏较为精确的分子模型,但在组蛋白修饰、核小体定位、染色体领域以及染色质间相互作用等表观遗传学研究中,已经发现有诸多证据支持染色质构象在真核基因表达调控中的重要地位。文章主要综述了染色质结构及其构象的变化等对真核基因表达调控的影响。     

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。...     

染色质互作相关转录因子的挖掘及功能分析

染色质互作是真核生物基因组组装的基础,并且在调控真核基因细胞特异性表达中发挥重要作用.染色质互作的发生与特定的蛋白质有关,目前已经发现CTCF (CCCTC binding facor,转录阻抑物)和黏连蛋白与染色质互作相关,然而并不清楚是否还有其他蛋白质参与染色质互作.我们将整合高通量染色体构象捕获(Hi-C)和染色质免疫沉淀-测序(ChIP-seq)数据,在GM12878和K562细胞系中挖掘与染色质互作相关的转录因子,并对发现的转录因子做功能分析.我们在频繁发生互作的染色质位点中发现RUNX3、SPI1等转录因子也可能参与染色质互作.另外,通过FP-growth的数据挖掘方法还发现多个转录因子可能协同作用参与染色质互作.研究结果将为染色质互作相关实验的开展提供先验知识.     

染色质调节元件与不同启动子的相互作用对基因表达调控的影响

为探究DNA序列元件对不同启动子调节转基因稳定表达的影响,利用遍在染色质开放元件 (Ubiquitous chromatin opening elements,UCOE) 和基质黏附序列 (Scaffold/matrix-attachment regions,MAR) 分别与含增强子的oct4基因启动子、含CpG岛的sox2基因启动子和不含调控元件的nanog基因启动子以及同时包含增强子和CpG岛的CMV启动子组合构建pOCT4-MAR、pOCT4-UCOE、pSOX2-MAR、pSOX2-UCOE、pNANOG-MAR、pNANOG-UCOE、pCMV-UCOE、pCMV-MAR等质粒,分析这些质粒稳定转染后的表达量和嵌合表达差异。结果发现,UCOE与含增强子元件的oct4启动子组合能较稳定高效表达,而MAR与含CpG岛的sox2启动子组合能较稳定高效表达。利用排除位置效应原因的嵌合表达对染色质高级结构调控基因表达的稳定性分析表明：(1) 通常情况下UCOE比MAR调节的表达载体的表达更高效和更稳定;UCOE连接含CpG岛的启动子形成开放染色质调节的高表达更稳定;(2) MAR与启动子上TATA盒或增强子可能通过染色质环产生高表达,但相对不稳定。结论：染色质调节元件UCOE和MAR与启动子调控元件之间能通过染色质开放状态或染色质环调控基因稳定表达。     

CTCF在介导三维基因组形成及调控基因表达中的研究进展

真核细胞间期的染色质在细胞核中经过复杂的盘曲折叠,形成高级拓扑结构,这样的染色质结构空间组织对基因表达有重要影响.CTCF(CCCTC-binding factor)作为关键的染色质高级结构架构蛋白,对三维基因组结构的形成起到了重要作用.CTCF还可以与基因组内大量的绝缘子结合,影响染色质远程交互,实现对增强子和基因转...     

原核增强子样序列研究进展

增强子是真核细胞中增强启动子功能的顺式作用元件。随着人们对原核生物基因表达调控的深入研究,人们发现在原核生物的调控系统和某些病毒基因组DNA片段中也具有增强子样功能。这些研究对揭示原核系统的基因表达调控和增强外源基因在原核系统中的表达水平具有重要的理论意义和实用价值。     

真核生物染色质隔离子

真核生物的基因组较原核生物复杂 ,其基因包含在染色质中 ,基因的表达调控十分精细 .真核生物的染色体由一系列结构与功能独立的单元组成 ,各个单元的基因表达情况各不相同 .各单元间的结构称为边界元件 ,它使一侧的基因免受另一侧调控元件的影响 .这就是限定染色质转录功能区的染色质隔离子 (ｃｈｒｏｍａｔｉｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ) .染色质隔离子是顺式作用的ＤＮＡ序列 ,它参与更高层次上的基因表达调控 .1　染色质隔离子的发现及生物学功能　　早在 1985年 ,人们就在果蝇的染色体 87Ａ7的两侧发现了ｓｃｓ和ｓｃｓ′ .Ｋｅｌｌｕｍ等作…     

Organizing the genome: enhancers and insulators.

Enhancers can activate their target genes over large linear distances. Insulators can delimit the influence of an enhancer to an appropriate target. There are a number of intertwined mechanisms by which the regulatory functions of enhancers and insulators might be carried out at the level of the chromatin fiber. Recent evidence suggests that both enhancers and insulators participate in higher-order organization of chromatin in the nucleus and in localization of their regulated sequences to both subnuclear structures and compartments. Novel experimental approaches are helping to reveal the mechanisms underlying nuclear organization of developmentally regulated genes.     

Human tRNA genes function as chromatin insulators

Insulators help separate active chromatin domains from silenced ones. In yeast, gene promoters act as insulators to block the spread of Sir and HP1 mediated silencing while in metazoans most insulators are multipartite autonomous entities. tDNAs are repetitive sequences dispersed throughout the human genome and we now show that some of these tDNAs can function as insulators in human cells. Using computational methods, we identified putative human tDNA insulators. Using silencer blocking, transgene protection and repressor blocking assays we show that some of these tDNA-containing fragments can function as barrier insulators in human cells. We find that these elements also have the ability to block enhancers from activating RNA pol II transcribed promoters. Characterization of a putative tDNA insulator in human cells reveals that the site possesses chromatin signatures similar to those observed at other better-characterized eukaryotic insulators. Enhanced 4C analysis demonstrates that the tDNA insulator makes long-range chromatin contacts with other tDNAs and ETC sites but not with intervening or flanking RNA pol II transcribed genes.