HOXD基因簇内一系列CTCF位点反转揭示绝缘子功能

CTCF (CCCTC-binding factor)是一种重要的染色质架构蛋白,其与绝缘子的方向性结合在哺乳动物基因组三维空间结构形成和维持中起着至关重要的作用。正向–反向相对方向的CTCF结合位点(简称CTCF位点)可以在染色质黏连蛋白(cohesin)的协助下,形成染色质环,介导远距离DNA元件之间的相互作用;而在染色质拓扑结构域边界区域的CTCF位点呈现反向–正向相背方向分布,发挥绝缘子的功能。为进一步研究CTCF介导染色质环的形成与其绝缘功能之间的关系,本研究采用DNA片段编辑方法通过设计成对sgRNA(dual sgRNA)构建了一系列HOXD基因簇区域CTCF位点反转的单细胞克隆。定量高分辨率染色质构象捕获实验显示边界区域CTCF位点反转会改变原有的染色质环方向,通过环挤出模型(loopextrusion)形成新的染色质环,引起染色质拓扑结构域边界漂移至新形成的一对反向–正向CTCF位点处。此外,串联排列的CTCF位点可以通过阻碍反方向渗透的黏连蛋白继续滑动发挥绝缘子的功能。RNA-seq实验发现CTCF位点反转引起的局部基因组空间结构变化会进一步影响基因的表达。上述研究...     

制备动物乳腺生物反应器的问题和对策

动物乳腺是理想的用于生产复杂的生物活性蛋白的生物反应器。目前,显微注射仍然是制备大型转基因动物的主要方法,但外源基因整合效率低下和位置效应还需要解决。要解决这两个问题,人们探索了几种策略。尽管使用转染的体细胞和基因打靶的体细胞作为核移植的供体的动物克隆技术还在改善中,但是这一技术是有应用前景的转基因牲畜的方法。在转基因载体中使用LCR和MAR序列可显著提高表达水平和转基因效率。YAC、BAC作为理想的转基因载体可能因为它们能容纳基因座的所有元件。虽然这些技术和方法还存在不完善之处,但其发展将极大地提高动物乳腺生物反应器的整合率和表达水平。     

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.     

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。...     

人类原钙粘蛋白基因簇调控元件的克隆及对其启动子活性的影响

人类原钙粘蛋白(Protocadherin,Pcdh)基因簇包含53个成串排列非常相似的基因,组成3个紧密相连的基因簇(α,β和γ)。原钙粘蛋白基因簇γ通过启动子选择性表达产生神经元细胞膜表面的分子多样性,但是,该多样性产生的分子机制还不清楚。调控元件HS7L和HS5-1aL作为候选的增强子可能具有调控Pcdhγ基因表达的作用。利用分子克隆的方法,将调控元件HS7L和HS5-1aL分别克隆至包含γa9、γa10、γb3、γb7和γc3启动子的荧光素酶报告基因的下游。通过荧光素酶报告基因试验检测其对该5种Pcdhγ启动子活性的影响,发现HS7L对5种启动子活性具有增强作用,HS5-1aL对γa10启动子活性具有增强作用。之后,通过基因沉默绝缘子CTCF,发现下调CTCF不仅降低γb1基因表达,而且能够显著降低γb1启动子报告基因活性。试验结果表明调控元件HS7L和HS5-1aL能够增强Pcdhγ启动子活性,推测可能通过CTCF介导的增强子-启动子相互作用调控Pcdhγ的细胞特异性基因表达。     

增强子作用机制的研究进展

增强子是一个非常重要的顺式作用元件,可能以“开或关”或“渐进”方式来调控其相应基因的表达。“Looping”及“Linking”模型可以解释增强子与启动子或其他顺式调控元件及反式因子的协同作用,尤其是增强子远距离调控的作用机制。     

基因绝缘子——一类新发现的基因调节元件

最近几年,一类称为“绝缘子”的新的基因元件被众多的实验室发现和证实,大大丰富了我们对基因在染色质环境中如何形成拓扑学上独立的调节单元的认识。这个刚刚被找到的又一个基因“黑匣子”,尽管我们对其仍是一知半解,但让人们意外和兴奋的是:这类基因元件能给我们在转基因动物和基因治疗方面的研究和应用提供新的工具 。     

绝缘子—一种新的真核生物基因表达调控元件

绝缘子——一种新的真核生物基因表达调控元件陈朝霞明镇寰（杭州大学生命科学学院,杭州３１００１２）关键词绝缘子边界元件基因调控近十几年来,真核生物基因表达调控研究取得了令人瞩目的成果,但同时也留给人们许多难解的谜。如增强子调控功能的无方向性、可以在离基...     

基因绝缘子——一类新发现的基因调节元件

最近几年,一类称为“绝缘子”的新的基因元件被众多的实验室发现和证实,大大丰富了我们对基因在染色质环境中如何形成拓扑学上独立的调节单元的认识。这个刚刚被找到的又一个基因“黑匣子”,尽管我们对其仍是一知半解,但让人们意外和兴奋的是：这类基因元件能给我们在转基因动物和基因治疗方面的研究和应用提供新的工具。     

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…