染色质如何影响造血谱系转录因子结合特异性的机制研究

How lineage-specific TFs recognize the precise motifs to induce dynamic differentiation process is still largely unknown. The goal of this project is to interrogate the contributions of chromatin state, via regulating lineage-specific transcription factor binding specificity, on early hematopoietic development. We will apply biochemical genomics to address the effect of individual chromatin components. Using Runx1 and Gfi1, as proof of principle, we intend to characterize DNA signature (Specific Aim 1) and nucleosomal architecture (Specific Aim 2) that regulate these two lineage-specific transcription factors’ binding specificity. To further characterize what genes Runx1 and Gfi1 regulate, we will apply chromosome conformation capture technique (Specific Aim 3) to identify paired regions. Completion of this project should provide a direct physical view on how hematopoietic lineage-specific transcription factors might target the spatiotemporal required genes in a genomic context.

谱系特异性转录因子是如何识别准确的模体（motif）来引起动态分化过程仍然大部分未知。本课题的主要目的是通过调节谱系特异性转录因子结合特异性来研究染色质状态对早期造血发育的贡献。我们将利用体外生化重组系统來逐一分解每个染色质组分对谱系特异性转录因子结合特异性的影响。使用Runx1和Gfi1作为原理证明，我们将解析调控这两种谱系特异性转录因子结合特异性的DNA特征（特定目标1）和组蛋白修饰（特定目标2）。利用转录因子在基因组结合位点与染色体构象捕获技术（特定目标3）鉴定基因组上成对区域，我们将提供Runx1和Gfi1这两个谱系特异性转录因子调控的所有靶基因。本项目的完成将能提供染色质状态如何调控造血谱系特异性转录因子去识别并调控在发育时间和空间上所需要的谱系特异基因的理论依据。

谱系特异性转录因子是如何识别准确的模体（motif）来引起动态分化过程仍然大部分未知。本课题的主要目的是通过调节谱系特异性转录因子结合特异性来研究染色质状态对早期造血发育的贡献。主要研究结果包括：1）开发BiasFreeATAC算法并申请专利，此算法利用Tn5转座酶的偏好性来深入解析转录调控组件 (Zhang et al., 2021. NAR Genomics and Bioinformatics；专利申请号：202111085857.4) ；2）利用BiasFreeATAC核心算法，结合机器学习揭示了 DNA 结构特征在逆转录病毒致病位点选择中的重要作用（张厚煜等，中国科学：生命科学期刊）；3）从染色质可及性和转录谱的联合分析中开发了SFA算法，此算法可以推断细胞中每个基因处于转录的哪个阶段（Lu et al., under review）。在这个基础上的未来工作目标是利用人胚胎干细胞体外分化到造血干/祖细胞的系统，来试图揭示转录暂停在细胞命运转化上所起的作用。另外，针对谱系特异性转录因子结合特异性，我们提出了造血转录因子RUNX1 通过上调 CENPE 基因表达，从而促进白血病细胞的生长优势（Liu et al., 2021. Frontiers in Molecular Biosciences）。目前仍在深入挖掘哪些RUNX1靶基因是导致白血病细胞的分化失调的主要因素。相信我们的研究会对染色质状态如何影响造血谱系特异性转录因子在时空上识别并调控谱系特异基因提供重要的理论依据。