中科院JBC文章揭示转录调控新机制

　　

生物通报道  来自中科院广州生物医药与健康研究院、吉林大学等机构的研究人员证实，凝集蛋白复合体负向调控了基因组调控蛋白CTCF介导的核糖体RNA基因转录。这项工作发表在7月24日的《生物化学杂志》（JBC）上。

中科院广州生物医药与健康研究院的姚红杰（Hongjie Yao）是这篇论文的通讯作者。其主要研究领域包括体细胞重编程的表观遗传调控 ，染色质组织在细胞类型转换中的调控，以及染色质结构和功能在肿瘤中的作用。

染色体携带着遗传信息，在细胞周期过程中会发生重要的结构改变；在真核细胞中染色质动态组装形成不同的转录活性或沉默区域，从而执行不同的功能。染色质隔离子（Chromatin insulator）对于建立这样的区域起重要作用。

CCCTC结合因子（CTCF）是一种高度保守且广泛表达的锌指蛋白，通过与DNA靶位点结合发挥对多个基因的表达调控作用，具有启动子抑制和激活、基因沉默、增强子阻断、调控基因印迹、X染色体失活等多方面的功能。

凝聚蛋白（cohesin）是一个巨型的环状蛋白复合体，由高度保守的多个亚基组成。凝聚蛋白复合体能够像胶水一样，在细胞分裂的过程中染色体分离时，将姐妹染色单体“粘”在一起。在细胞增殖时，姐妹染色单体的凝聚和分离对于保持遗传物质的完整非常重要。有全基因组研究报道发现，在分裂细胞中凝聚蛋白与CTCF蛋白结合到了相同的位点上，帮助CTCF发挥转录“隔离墙”的作用，这表明凝集蛋白与CTCF协同作用调控了相关基因的转录。

核糖体RNA(rRNA)生成是核糖体生物合成的一个关键过程，其介导了真核细胞中的蛋白质合成。RNA聚合酶I是rRNA基因转录的必要条件，rRNA基因转录速率受到正负信号通路中多种蛋白质的高度调控。有研究报道，在广泛的人类癌症中rRNA和蛋白质合成升高。因此，rRNA表达增高有可能促进了蛋白质合成和细胞生长，加速了肿瘤形成。然而，到目前为止还不清楚在哺乳细胞中CTCF和凝聚蛋白共同调控rRNA基因转录的机制。

在这篇文章中，研究人员证实野生型CTCR提高了宫颈癌细胞中的pre-rRNA水平和细胞大小，促进了细胞生长。与之相反，RNA i介导抑制CTCF则可减少pre-rRNA转录。他们发现，CTCF以一种RNA聚合酶I依赖性的方式正向调控了 rRNA基因转录。研究人员确定了CTCF的C末端结构域中的RRGR模体是核仁定位序列(NoLS)。

利用质谱法，研究人员证实凝聚蛋白复合体的两个亚基：SMC2 and SMC4与CTCF发生了互作。凝聚蛋白负向调控了CTCF介导的rRNA基因转录。抑制SMC2表达可显著促进CTCF和UBF结合到rDNA位点，增进了rDNA位点的组蛋白乙酰化作用。

这些研究结果表明，凝集蛋白是与CTCF竞争性地结合到特异的rDNA位点上，负向调控了CTCF介导的rRNA基因转录。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Ribosomal RNA gene transcription mediated by the master genome regulator protein CTCF is negatively regulated by condensin complex

CTCF is a ubiquitously expressed master weaver and plays multiple functions in the genome, including transcriptional activation/repression, chromatin insulation, imprinting, X chromosome inactivation and high order chromatin organization. It has been shown that CTCF facilitates the recruitment of UBF onto ribosomal DNA (rDNA) and regulates the local epigenetic state of rDNA repeats. However, the mechanism by which CTCF modulates rRNA gene transcription has not been well understood. Here we found that wild-type CTCF augmented pre-rRNA level, cell size and cell growth in cervical cancer cells.……

作者简介：

姚红杰

2005年毕业于中国科学院植物研究所，获理学博士学位。从2005年11月出国留学，先后在美国宾夕法尼亚州立大学、美国国立卫生研究院等机构从事博士后研究工作，主要从事哺乳动物细胞的表观遗传机理以及染色质组织对基因表达调控等方面的研究工作。2011年10月加入中国科学院广州生物医药与健康研究院，建立“染色质组织和基因调控”课题组，任研究组长、研究员、博士生导师。相关研究工作发表在Genes & Development、Journal of Biological Chemistry、PLOS One等学术刊物上。
 

研究领域：
体细胞重编程的表观遗传调控
染色质组织在细胞类型转换中的调控
染色质结构和功能在肿瘤中的作用

获奖及荣誉：
美国国立卫生研究院研究员卓越研究奖，2010
中国科学院院长奖学金优秀奖，2004