论文部分内容阅读
从染色质水平了解基因表达调控的机制是目前分子生物学研究的热点。目前认为,基因在基因组中的定位和基因在核内空间的定位是基因表达调控的一个重要调控水平。对该层次基因调控机制的认识也将有利于我们对基因调控网络的理解。同时,基因在基因组上的定位也对其空间定位有重要影响。生物信息学对基因组序列的分析使我们得以了解基因在基因组分布的规律,然而对基因在核内空间定位的研究手段却非常局限。最新发展起来的染色质构象捕获技术使我们得以对染色质的空间组织结构进行直接的研究。例如,已经用该方法证明远距离的调控序列可以通过将间隔序列环出而与被调控基因启动子发生直接的相互作用。更为重要的是,也有研究利用该方法验证了染色体间的功能元件间的相互作用。
非常局限的是,染色质构象捕获技术目前只能应用到验证可能的染色质间相互作用。事实上,更多的染色质问连接是不可能在现有的研究背景下被预测的。因此,为了寻找到可能的未知染色质间连接,我们通过创建一种新的相邻染色质捕获技术(ACT)结合相邻染色质定量分析技术(QACC)尝试寻找给定染色质片段的所有高频率连接片段。在3C模板的基础上,我们用另外一个识别序列较短的酶对其进行酶切,以获得两端均为该酶切点的杂合片段。这些杂合片段在较大体积的连接体系中进行自连接环化,然后以巢式反向PCR获得与特异连接的片段群。我们首先获得了小鼠α-珠蛋白基因簇主增强子元件HS26为引领片段的杂合片段群,以MmeI从该片段群中的每个片段上切下19~20bp的Tags,连接为串联体后测序。通过比较分析这些Tags的出现频率,就可以评估这些Tags所代表的染色质片段与HS26连接的频率,从而确定这些片段与HS26的空间位置关系。我们总共得到超过300个Tags的序列,其中有218个片段通过BLASTn的方法定位到小鼠基因组上。结果分析表明,绝大部分的Tags是定位到小鼠α-珠蛋白基因簇上的。总的来看,这些捕获的片段的出现频率与我们以前报道的以经典3C方法研究α-珠蛋白基因簇染色质结构的结果是一致的。例如,我们捕获的α1和α2基因的启动子区的频率是28次。另外两个重要的调控元件HS21和HS8的捕获频率分别是16次与3次。对于HS26上游的其它HS位点,我们均未检测到。因此说明HS26与另外两个调控元件HS21和HS8共同作用在14.5天的小鼠胎肝造血细胞中调控α1和α2的表达。HS26与HS21、HS8、α1和α2的启动子区的连接频率也与我们以前报道的3C方法的结果一致。另外,由α-珠蛋白与其上游的看家基因形成转录工厂的结果也得到了验证。我们检测到了MPG基因启动子区和Mare基因启动子区以一定的频率与HS26发生了连接。有趣的是,我们还通过测序的结果直接推断出了HS26所在的NcoI片段形成了Loop的结构。
另外一个更为重要的结果是我们在α-珠蛋白基因簇的上游约500kb处发现了一个较高频率的片段475A8。生物信息学分析表明该片段上富含GATA-1,SATB1的结合位点,并且含有至少一个NF-E2的结合位点。进一步的3C分析表明该片段在小鼠的胎肝和MEL细胞中均以较高的频率与α1和α2的启动子区相连接。这表明该片段可能是一个高度保守的在α-珠蛋白基因表达中有重要作用的调控片段。为了鉴定该片段的功能,我们利用报告基因来研究该片段对α-珠蛋白基因在MEL细胞中的调控作用。结果显示,在未诱导分化的MEL细胞中,该片段可以强烈抑制珠蛋白基因的启动子,而在发生诱导分化的MEL细胞中,该抑制作用消失。因此,我们以一个模型来说明475A8在成年期红系细胞分化中的作用。在分化的早期阶段,475A8通过环的方式接近α1和α2基因的启动子区,抑制其表达,但是在发生分化后,由于细胞内相关蛋白的活性变化,可能导致了475A8上结合的抑制因子减少,从而丧失了抑制活性。但是有趣的是475A8似乎并没有离开原来的位置。
我们另外还选择了ApoAⅤ基因的启动子区作为引领片段,对与之可能发生连接的片段进行了寻找。ApoAⅤ基因是ApoAⅤ-AⅠ-AⅣ-CⅢ基因簇的一员。BAC介导的转基因的研究却发现该基因并不接受ApoCⅢ增强子的调控。我们总共获得超过200个染色质片段。有意思的是,这些被捕获的片段主要是来源于其它的染色体而且分布均一。没有任何来源于ApoAⅤ-AⅠ-AⅣ-CⅢ基因簇的片段被捕获,也没有任何片段被捕获的频率能显著的高出其它片段。因此,我们认为ApoAⅤ可能是环出了ApoAⅤ-AⅠ-AⅣ-CⅢ基因簇而参与到了另外一个有许多来源于不同染色体基因组成的转录工厂,以维持其基础水平的转录。
对α-珠蛋白基因簇HS26相连接片段和ApoAⅤ-AⅠ-AⅣ-CⅢ基因簇ApoAⅤ基因启动子相连接片段的比较分析表明不同的基因可能位于不同的转录工厂中。正如我们以前所报道的,α-珠蛋白基因主要参与了由其自身及上游看家基因组成的位于CT内部的一个相对封闭的转录工厂中。ApoAⅤ基因却脱离其所在的基因簇,参与到了一个组成较为复杂的转录工厂中以维持其基础水平的转录。