系统性鉴定调控CTCF介导的染色质互作的转录因子及其机制研究

CCCTC binding factor (CTCF) mediates long-range chromatin interaction, and it is the master weaver of three-dimensional structure of chromatin. Previously, we and other scientists have found that some transcription factors could regulate CTCF mediated chromatin interactions, and play important roles during cell fate determination processes such as development and diseases, but the regulatory mechanism of CTCF mediated chromatin interaction is still unclear. In order to study the regulatory mechanism in depth, we performed batch analyses of human transcription factors and CTCF ChIP-seq data in public database, and integrated multi-omics data to identify transcription factors with high potential to promote CTCF mediated chromatin interactions. Based on our preliminary results, MAX, MAZ and BHLHE40 were selected for experimental verification. Methods in biochemical and cellular biology, combining with bioinformatics analysis, are utilized to explore whether and how these factors influence CTCF mediated chromatin interaction, and to analyze the involved regulatory mechanism. At the same time, we will clarify their effects on gene expression and cellular functions, and further explore the underlying molecular mechanism. This study will be helpful to understand the regulatory mechanism of CTCF mediated chromatin interaction and provide a new theoretical basis for the dynamic regulation of three-dimensional chromatin structure.

CCCTC结合因子（CTCF）可以介导长距离染色质互作，是基因组三维染色质结构的主编织者。前期我们和其他科学家发现一些转录因子可以调控CTCF介导的染色质互作，在生长发育和疾病等细胞命运决定过程发挥重要作用，但目前CTCF介导染色质互作的调控机制仍不清楚。为了进一步研究该调控机制，我们通过批量分析数据库中人转录因子和CTCF ChIP-seq数据，并整合多维组学，筛选得到多个具有促进CTCF介导的染色质互作潜能的转录因子。本研究从上述具有潜能的转录因子中选取MAX、MAZ和BHLHE40进行实验验证，通过生化、细胞等实验并结合生物信息分析研究它们是否以及如何影响CTCF介导的染色质互作，解析其调控机制；同时阐明它们对基因表达和细胞功能的影响，并对内在的分子机理进行深入探索。该研究有利于我们更深入地理解CTCF介导染色质互作的调控机制，为染色质三维空间结构的动态调控提供新的理论依据。

染色质构架蛋白CTCF可以介导远距离的染色质相互作用进而调控基因表达，被誉为是基因组三维染色质结构的主编织者。前期我们和其他科学家发现一些转录因子可以调控CTCF介导的染色质互作，在生长发育和疾病等细胞命运决定过程中发挥重要作用，然而是否存在其它因子可以调控CTCF的结合及其介导的染色质互作仍不清楚。本研究整合转录因子与CTCF ChIP-seq数据，发现不少转录因子在基因组上与CTCF存在共定位。我们通过鉴定CTCF互作蛋白，发现SMARCA5与CTCF蛋白存在相互作用，并且利用ChIP-seq验证了它们在基因组上确实存在共定位。进一步，我们发现SMARCA5可促进CTCF在基因组上的结合；同时SMARCA5与CTCF在基因组上共定位，共同维持染色质开放，这种作用一方面有利于多能性因子的结合，促进体细胞重编程过程中多能性基因的激活；另一方面，当CTCF结合在体细胞基因周围时，可发挥绝缘子功能，抑制体细胞基因的表达。这两方面作用共同促进细胞多能性的获得。此外，我们还发现CBP可以调控CTCF第20位赖氨酸的乙酰化修饰，而HDAC6可以去除该位点的乙酰化修饰。本研究发现了CTCF新的调控因子SMARCA5，有利于我们更加深入地了解CTCF调控体细胞重编程的机制，为染色质三维结构调控细胞命运提供了新的理论依据。