中科院JBC文章揭示轉(zhuǎn)錄調(diào)控新機(jī)制

日期：2013-07-29 09:19:32

來自中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院、吉林大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員證實(shí)，凝集蛋白復(fù)合體負(fù)向調(diào)控了基因組調(diào)控蛋白CTCF介導(dǎo)的核糖體RNA基因轉(zhuǎn)錄。這項(xiàng)工作發(fā)表在7月24日的《生物化學(xué)雜志》（JBC）上。

中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院的姚紅杰（Hongjie Yao）是這篇論文的通訊作者。其主要研究領(lǐng)域包括體細(xì)胞重編程的表觀遺傳調(diào)控，染色質(zhì)組織在細(xì)胞類型轉(zhuǎn)換中的調(diào)控，以及染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能在腫瘤中的作用。

染色體攜帶著遺傳信息，在細(xì)胞周期過程中會(huì)發(fā)生重要的結(jié)構(gòu)改變；在真核細(xì)胞中染色質(zhì)動(dòng)態(tài)組裝形成不同的轉(zhuǎn)錄活性或沉默區(qū)域，從而執(zhí)行不同的功能。染色質(zhì)隔離子（Chromatin insulator）對(duì)于建立這樣的區(qū)域起重要作用。

CCCTC結(jié)合因子（CTCF）是一種高度保守且廣泛表達(dá)的鋅指蛋白，通過與DNA靶位點(diǎn)結(jié)合發(fā)揮對(duì)多個(gè)基因的表達(dá)調(diào)控作用，具有啟動(dòng)子抑制和激活、基因沉默、增強(qiáng)子阻斷、調(diào)控基因印跡、X染色體失活等多方面的功能。

凝聚蛋白（cohesin）是一個(gè)巨型的環(huán)狀蛋白復(fù)合體，由高度保守的多個(gè)亞基組成。凝聚蛋白復(fù)合體能夠像膠水一樣，在細(xì)胞分裂的過程中染色體分離時(shí)，將姐妹染色單體“粘”在一起。在細(xì)胞增殖時(shí)，姐妹染色單體的凝聚和分離對(duì)于保持遺傳物質(zhì)的完整非常重要。有全基因組研究報(bào)道發(fā)現(xiàn)，在分裂細(xì)胞中凝聚蛋白與CTCF蛋白結(jié)合到了相同的位點(diǎn)上，幫助CTCF發(fā)揮轉(zhuǎn)錄“隔離墻”的作用，這表明凝集蛋白與CTCF協(xié)同作用調(diào)控了相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。

核糖體RNA(rRNA)生成是核糖體生物合成的一個(gè)關(guān)鍵過程，其介導(dǎo)了真核細(xì)胞中的蛋白質(zhì)合成。RNA聚合酶I是rRNA基因轉(zhuǎn)錄的必要條件，rRNA基因轉(zhuǎn)錄速率受到正負(fù)信號(hào)通路中多種蛋白質(zhì)的高度調(diào)控。有研究報(bào)道，在廣泛的人類癌癥中rRNA和蛋白質(zhì)合成升高。因此，rRNA表達(dá)增高有可能促進(jìn)了蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞生長(zhǎng)，加速了腫瘤形成。然而，到目前為止還不清楚在哺乳細(xì)胞中CTCF和凝聚蛋白共同調(diào)控rRNA基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制。

在這篇文章中，研究人員證實(shí)野生型CTCR提高了宮頸癌細(xì)胞中的pre-rRNA水平和細(xì)胞大小，促進(jìn)了細(xì)胞生長(zhǎng)。與之相反，RNA i介導(dǎo)抑制CTCF則可減少pre-rRNA轉(zhuǎn)錄。他們發(fā)現(xiàn)，CTCF以一種RNA聚合酶I依賴性的方式正向調(diào)控了 rRNA基因轉(zhuǎn)錄。研究人員確定了CTCF的C末端結(jié)構(gòu)域中的RRGR模體是核仁定位序列(NoLS)。

利用質(zhì)譜法，研究人員證實(shí)凝聚蛋白復(fù)合體的兩個(gè)亞基：SMC2 and SMC4與CTCF發(fā)生了互作。凝聚蛋白負(fù)向調(diào)控了CTCF介導(dǎo)的rRNA基因轉(zhuǎn)錄。抑制SMC2表達(dá)可顯著促進(jìn)CTCF和UBF結(jié)合到rDNA位點(diǎn)，增進(jìn)了rDNA位點(diǎn)的組蛋白乙酰化作用。