NatCommun：科学家发现影响血液干细胞中特殊基因表达的关键元件

2021年5月10日 讯 /生物谷BIOON/ --基因转录通常会被启动子和调节元件（比如增强子和沉默子）之间的染色质环来进行调节，不同的转录因子（TFs，transcription factors）能够与这些调节元件结合，并以一种细胞类型特异性的方式来调节启动子-增强子环。尽管其在控制基因表达方面发挥着重要作用，但转录因子如何促进启动子-增强子环，目前研究人员尚不清楚。CCCTC结合因子（CTCF）是一种维持染色质间相互作用的重要因子，然而研究人员并不清楚调节其与染色质结合之间的分子机制。

图片来源：https://www.nature.com/articles/s41467-020-20282-1

生物体能通过一种生物化学过程错综复杂网络来保持活力并维持健康状况，这些过程在应对环境改变方面往往具有显著的可塑性，但有时其也会出错，医学研究领域的一个关键原则就是了解这些途径从而更加有效地治疗疾病。日前，一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“ZNF143 mediates CTCF-bound promoter–enhancer loops required for murine hematopoietic stem and progenitor cell function”的研究报告中，来自新加坡国立大学等机构的科学家们通过研究发现了一种特殊的分子开关，其或能控制细胞开启基因的表达和关闭的过程，这一过程能够确保细胞正确且充分地执行其在体内的指定任务。

这篇研究报告中，科学家们利用造血干细胞作为研究对象，造血干细胞是一种非常关键且重要的细胞，其能在整个生命过程中来补充机体的血细胞。细胞中的基因能被编码到长长的DNA链中，这些DNA能被盘绕成高度复杂的结构，即染色体；为了能使正确的基因在正确的时间以正确的数量在细胞中进行表达，染色体的形状就必须不断被调整，而这是通过一种名为CTCF的特殊蛋白来完成的，其能与DNA中拥有特殊编码序列的部分进行结合，并在DNA中形成一个环状结构来激活必要的基因进行表达。

ZNF143能稳定CTCF与启动子和增强子区域的结合从而调节基因的转录。

图片来源：Zhou, Q., et al. Nat Commun 12, 43 (2021). doi：10.1038/s41467-020-20282-1

然而，科学家们发现了另外一种名为ZNF143的蛋白或能控制CTCF的活性水平，这种所谓的锌指蛋白拥有一种突出的分子附属物，其能容纳一个锌原子并赋予蛋白质具有所需要的化学特性。研究人员通过使用分子标记物来定位并剔除其基因来促进ZNF143失活，结果发现，失去ZNF143的造血干细胞无法制造新的血液细胞，在这种情况下或许就会引发诸如贫血症等严重的疾病。

本文研究或能帮助改善科学家们对正常干细胞发挥功能机制的理解，同时也能帮助阐明某些疾病的发病机制。Tenen教授说道，基于本文研究结果，后期我们将有望理解CTCF-DNA之间结合和基因表达的调节性机制，而这对于调查人类的发育障碍和癌症发生意义重大；后期研究人员还将继续深入研究相关蛋白质的分子结构来进一步阐明多种人类疾病的发病机制。

启动子-增强子环能被ZNF143所维持。

图片来源：Zhou, Q., et al. Nat Commun 12, 43 (2021). doi：10.1038/s41467-020-20282-1

综上，ZNF143-CTCF结合启动子增强子环或能调节基因表达的模式，这对于维持小鼠造血干细胞和祖细胞的功能及完整性至关重要，此外，研究人员还发现了基因调节的一个共同特征，即ZNF143是CTCF结合启动子增强子环的关键因子。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Zhou, Q., Yu, M., Tirado-Magallanes, R. et al. ZNF143 mediates CTCF-bound promoter–enhancer loops required for murine hematopoietic stem and progenitor cell function. Nat Commun 12, 43 (2021). doi：10.1038/s41467-020-20282-1