人类基因组并非完全随机排列,在大量区域中呈现邻近基因协同表达的模式,称为区域性协同共表达。除了少数位置存在不同基因共享转录因子,或功能相近同源蛋白成簇排列的合理解释外,绝大多数区域的调控机制仍不清楚。癌症基因组中协同共表达区域同样存在,包含大量癌症差异表达基因,其调控机制与全局性基因异常表达相关;表型分析发现区域性共表达基因与癌症分期、病例生存显著相关,提示调控模式能够影响癌症发生发展的生物学过程。针对癌症区域性共表达调控机制的探索,有助于全面认识癌症基因组全局性表达紊乱的形成机制,为癌症生存预测、靶向治疗提供新的候选靶位。目前针对少数区域的研究表明,该表达模式可能与长片段表观修饰或染色质三维构象有关,但具体调控机制仍不明确,尤其缺少多基因组全面分析和相关DNA功能元件的研究。基于以上问题,本研究利用TCGA数据库癌症病例表达谱数据,通过计算相邻近基因间的表达相关性,在8种癌症中获得了一批内部基因彼此显著相关的协同共表达区域（CRR）,进而针对不同CRR开展区域间表达相关分析,发现相关区域数量呈现双峰分布,由此获得一组具有相同表达模式的协同共表达区域亚群（sub-CRR）,可能共享相同的机制;癌症生存分析表明sub-CRR中基因表达与癌症生存显著相关,提示该调控机制具有生物学意义。为了探索功能性调控元件,研究通过DNA序列保守性预测在sub-CRR内获得多个反复出现的候选DNA元件,其中CRE30元件在sub-CRR区域中显著富集,可能参与区域性基因调控。利用CRISPR-Cas9体系特异性敲除子宫内膜癌和宫颈癌细胞系中sub-CRR95区域的CRE30序列,发现区域内基因在饥饿刺激下表达模式发生明显改变,上调幅度显著增加,表明CRE30作为必要元件能够限制sub-CRR95区域内基因的调控幅度。细胞表型实验证明CRE30敲除显著降低癌细胞增殖、迁移速率,提示其调控功能能够影响癌细胞恶性表型。为了阐述CRE30影响区域性协同表达的调控通路,研究通过DNA pull-down技术获得CRE30候选结合蛋白,蛋白互作和功能富集分析提示染色质构象相关因子CTCF可能参与调控区域性基因表达的机制。为证实这一提示,研究采用Ch IP实验进一步证实CRE30能够招募CTCF的结合,并通过3C和3D-FISH实验发现CRE30能够在区域内介导染色质环状结构的形成,同时维持区域染色质报纸紧密三维构象;CRE30敲除导致染色质环状结构断裂,染色质发生解凝聚。这些结果提示CRE30能够招募CTCF并维持染色质紧密三维构象,这一过程与其影响区域内基因调控的功能相关。考虑到DNA甲基化和组蛋白修饰可以影响染色质的构象,因此研究筛选并探讨了DNA甲基化和不同类型的组蛋白修饰对区域性基因共表达的调控作用,结果发现组蛋白乙酰化能够显著提高饥饿诱导的基因表达上调幅度,该作用依赖于CRE30的存在;3C与3D-FISH实验证实组蛋白乙酰化导致CRE30介导的染色质环状结构断裂,区域染色质构象发生解凝聚。通过Ch IP实验进一步证实组蛋白乙酰化导致包括CRE30位点在内的多位点CTCF的广泛掉落,且组蛋白乙酰化对基因表达和染色质构象的影响与CRE30敲除一致,提示CRE30通过招募CTCF行使调控功能,组蛋白乙酰化修饰通过抑制CTCF的结合干扰CRE30对染色质构象和区域性基因表达的调节。综合以上结果,本研究在癌症基因组中鉴定获得一批协同共表达区域（sub-CRR）可能共享调控机制,预测并验证了一个功能性DNA元件CRE30,能够影响区域内基因共表达的调控模式。机制分析表明,CRE30通过招募CTCF的结合在区域内形成染色质环状结构,维持染色质紧密的三维构象,限制了区域内基因共表达的调控;这一过程受到组蛋白乙酰化修饰的调节,高水平组蛋白乙酰化能够通过抑制CTCF的结合,改变染色质三维构象,干扰CRE30介导的区域性基因表达的调控。由此,本研究发现了一种基于DNA保守序列元件参与的区域性基因共表达的调控新模式。