CTCF和与之结合的cohesin蛋白复合物在绝缘子功能和哺乳动物基因组染色质高级结构的组织中发挥着极其重要的作用。最近的研究发现CTCF结合位点(CBSs)的方向与染色质的相互作用相关。我们结合CRISPR/Cas9基因组DNA编辑技术、染色体构象捕获技术和全基因组生物信息学分析技术,使用原钙黏蛋白基因家族和β-珠蛋白基因作为研究模型,结果说明CBS的位置和方向决定了哺乳动物特异的染色体长距离相互作用。反转原钙黏蛋白基因簇增强子区域的CBS位点,染色体重新构建了远端增强子和目标启动子的拓扑相互作用,并改变了相关基因的转录表达。利用已经发表的和ENCODE计划的ChIP-seq和ChIA-PET等数据,分析了全基因组范围内与CTCF/cohesin方向性地结合CBS位点相关的染色体相互作用的CBS方向和其所形成的的染色质拓扑结构域(CCD)。我们发现绝大部分的与CTCF相关的染色体相互作用都是CBS成正向-反向的,超过90%的CTCF/cohesin介导的CCD的边界CBS对则是反向-正向的。因此,我们认为尽管在以前有报道认为增强子的作用是没有方向的,但是在自身染色质环境下一些包含CBS位点的增强子是有方向的,并可以决定染色质的拓扑结构和增强子与启动子特异的相互作用。总之,本研究结果揭示了基因组上一维基因组序列是如何编码成三维染色体结构的。