USF2介导β珠蛋白基因簇LCR远端调节γ-珠蛋白表达的分子机制

The compensatory expression of HbF (fetal hemoglobin) is one of key factors in ameliorating the clinical severity of β-thalassemia patients. However, relationship between HbF and the variants in LCR, a fundamental cis-element upstream of β-globin cluster remains largely unclear. In this study, we identified a novel SNP using association studies on capture-based deep sequencing data of 1142 β-thalassemia patients. Further data mining led us to identifying transcription factor USF2 to be a new member of inducing long-range interaction of LCR to β-like globin cluster. We plan to carry out gene-editing, ATAC-seq and 3C to investigate the mechanism of USF2-mediated long-range interaction between LCR and β-like globin genes with two cell lines representing different erythroid developmental stages. The objectives of this study include: 1. The impact of functional SNP on USF2-mediated long-range interaction; 2. Underlying mechanisms of β-like globin switch induced by USF2; 3. The regulating network between USF2 and known erythroid transcription factors. This study can add to our understandings towards mechanism of globin switch and provide theoretical basis of gene-targeted therapy of β-thalassemia.

胎儿血红蛋白（HbF）的代偿性表达是缓解β地贫患者临床表型的重要因素。因此，调控HbF的顺式元件LCR天然变异的功能研究方兴未艾。本课题组前期利用1142例β地贫患者高通量靶向测序数据，通过关联分析，在LCR上鉴定了1个显著加重地贫患者临床表型的SNP。我们通过数据挖掘和预实验，筛选出转录因子USF2是介导LCR远端调控β类珠蛋白基因的新成员。本课题应用基因编辑，ATAC-seq，ChIP-seq和3C等技术，以2株代表不同红系发育时期的细胞为对象，研究USF2及其LCR靶序列在调节β类珠蛋白基因转换中的作用机制，研究内容包括：1. 功能性SNP对USF2介导LCR远端调节γ-珠蛋白基因的作用；2. USF2在β类珠蛋白基因转换中的工作原理； 3. USF2与已知红系转录因子的调控网络。该研究可增加血红蛋白转换机制的新内容，同时为β地贫靶向治疗提供理论基础。

β-地中海贫血，是我国南方地区常见的一种常染色体隐性遗传病，其临床表现为溶血，肝脾肿大，铁过载等，严重影响患者的生存及生活质量。过去大量的研究表明，β-地贫患者体内胎儿血红蛋白（HbF）的重新激活，可显著缓解β-地贫患者的临床表型。本课题立足于β-地贫的大样本队列研究。通过统计学模型的建立，分析β-地贫患者表型与基因型及基因表达的关系，试图鉴定出调节HbF的关键因子，以及可影响HbF表达的患者体内变异。..根据以上主题，共取得了以下三方面的成果。..第一项，基于公共数据库胎儿及成人红系前体细胞RNA-seq数据进行了重分析。通过差异表达基因的鉴定，基因功能富集以及通路富集，我们鉴定了一个可能与HbF调节相关的新基因TEAD4，并系统阐述其作用机制，对血红蛋白的调节转换提供了新知识。（Br J Haematol. 2021）。..第二项，我们与47336名进行地贫普筛人群的血液学参数进行了系统分析。通过人群大队列，我们发现了38例不明原因的HbA2（一种用于辅助筛查β-地贫突变的血红蛋白）升高并对其进行全外显子组测序，最终鉴定出SUPT5H基因在中国人群中的多个新突变。该项工作有助于丰富导致血红蛋白组分改变的中国人群突变谱（Int J Lab Hematol. 2023）..第三项，我们总共采集了2130例地中海贫血病人（包含925例α-地贫和1205例β-地贫），系统分析该队列不同基因型患者与关键血液学表型及切脾的相关性（Acta Haematologica，返修状态）。.