利用CRISPR技术，研究人员发现了胚胎发育基因的复杂机制

利用CRISPR技术，EPFL和日内瓦大学的研究人员发现了涉及胚胎发育的基因的复杂舞蹈。

　　

   

   

图片:小鼠胚胎

来源:Denis Duboule (EPFL/UniGe)

人类基因组图谱绘制之后，科学的迅速发展揭示了遗传学世界是多么的复杂。我们现在知道，蛋白质不仅仅是基因的产物，它们还与基因相互作用，影响和调节基因表达的节奏。一个典型的例子就是转录因子，它将基因从DNA转录到mRNA，这是制造蛋白质的第一步。

但是基因如何“知道”何时启动、制造什么以及何时停止呢?它们是如何作为复杂分子机制的一部分而不与附近的其他基因相混淆的呢?这些问题促使丹尼斯·杜布勒(Denis Duboule)教授进行了一项新研究，他管理着欧洲足球学院和日内瓦大学的研究小组。他们的研究成果发表在《基因与发展》杂志上。

Rita Amandio, Leo Beccari和他们实验室的同事对一种叫做CTCF的锌指蛋白感兴趣，这种蛋白很特别因为它是一种多功能蛋白;根据细胞的需要，它可以开启或抑制基因转录。

在基因组上，有一些特定的位点可以与CTCF结合，这些位点在DNA作为染色质包装在细胞核中起着重要的作用。但研究人员感兴趣的是，CTCF及其结合位点也可以阻断被称为基因启动子和基因增强子的短DNA序列之间的通信。增强子是激活蛋白结合增加基因转录可能性的地方;启动子是转录因子结合启动这一过程的地方。

研究人员使用了一种基于CRISPR/Cas9技术的策略，破坏了CTCFs与基因组结合的5个相邻位置，以控制一个被称为HoxD簇的基因家族的激活。这些基因编码的蛋白质在哺乳动物胚胎发育过程中对组织结构非常重要。转录因子也是高度保守的，这意味着它们在脊椎动物物种之间没有显著差异。

该研究表明，Hox簇内的ctcf结合位点对于增强子能够选择正确的靶基因亚群是必要的，特别是当这些增强子距离靶基因较远且不在其附近时。

但研究发现，考虑到CTCF的双重功能，并不是所有的结合位点都能促进基因激活，有些位点对基因转录有抑制作用。这两种作用似乎取决于基因作用的组织类型，这意味着一些CTCF结合位点可以在不同的组织中显示相反的活性。

研究表明，尽管Hox簇内的CTCF位点扮演着多种角色，但它们都有助于创建所谓的“TAD边界”(TAD代表“拓扑关联域”)。这是基因组上一个确定的区域，基因可以在这个区域内相互作用，帮助组织“遗传舞蹈”的巨大复杂性。

作者总结道:“在这些CTCF遗址中发现的各种任务可能解释了它们在所有脊椎动物的Hox群中惊人的进化保护。”

参考

Ana Rita Amandio, Leonardo Beccari, Lucille Lopez-Delisle, Bénédicte Mascrez, Jozsef Zakany, Sandra Gitto, Denis Duboule. Sequential in-cis mutagenesis in vivo reveals various functions for CTCF sites at the mouse HoxD cluster. Genes and Development 27 October 2021.