一种用于探测位点特异性DNA结合蛋白复合物的化学表观遗传学工具

《Proceedings of the National Academy of Sciences》：A chemical epigenetic tool to probe site-specific DNA-binding protein complexes

利用光交联非天然氨基酸开发的SCOPE技术，在hPSCs中成功捕获NANOG启动子及增强子的调控蛋白，揭示OCT4/SOX2/CARHSP1复合体维持干细胞多能性的机制，以及在原肠胚分化阶段ZIC2通过竞争性抑制解除调控的动态过程，同时发现ZNF8结合OCT4远端调控区维持未成熟多能性的新功能。

　　

重要性

我们将一种具有光交联特性的非典型氨基酸引入了人类多能干细胞（hPSCs）及其衍生细胞类型中缺陷的CRISPR/Cas9系统中。在特定设计的gRNA引导下，这种工程蛋白可以被引导至选定的基因组区域，并用于共价捕获短暂存在或相互作用较弱的蛋白质。通过这种方法，我们确定了CARHSP1和ZIC2分别作为胚胎干细胞（ESC）和外胚层阶段NANOG启动子及增强子区域的调控因子。我们还发现ZNF8能够结合到OCT4的远端调控区域，从而维持其多能性。

摘要

蛋白质对特定DNA位点的结合对于调控转录活性和细胞命运决定至关重要。然而，识别与特定基因组区域（如启动子或增强子区域）结合的蛋白质仍然具有挑战性。为了解决这一问题，我们开发了一种化学表观遗传学工具——Site-specific noncanonical amino acid-mediated capture of protein (SCOPE)，该工具将具有光交联特性的氨基酸整合到了缺乏核酸酶活性的dCas9突变体中。携带SCOPE的人类多能干细胞（hPSCs）能够捕获理论上位于任何基因组位置的蛋白质，从而便于研究依赖于细胞环境的DNA-蛋白质相互作用。利用SCOPE，我们发现OCT4/SOX2/CARHSP1复合体能够结合到NANOG启动子上，从而维持hPSCs的多能性。在外胚层分化过程中，ZIC2作为竞争性抑制剂，通过与同一启动子区域的结合来下调NANOG的表达并促进分化。此外，SCOPE还发现ZNF8能够结合到OCT4的远端调控区域，以维持其多能性。总之，SCOPE提供了一个强大的系统，用于揭示依赖于细胞环境的、具有位点特异性的基因组调控因子，为理解驱动细胞命运转变的基因调控网络提供了宝贵的见解。