真核生物基因組DNA纏繞在組蛋白八聚體上形成染色質(zhì)，并在染色質(zhì)架構(gòu)蛋白的作用下逐級(jí)折疊形成遠(yuǎn)距離的染色質(zhì)相互作用（或染色質(zhì)環(huán)）、拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域和染色質(zhì)區(qū)室等染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)。遠(yuǎn)距離染色質(zhì)互作可以調(diào)控基因表達(dá)，在細(xì)胞命運(yùn)決定過(guò)程中發(fā)揮重要作用。CCCTC結(jié)合因子（簡(jiǎn)稱：CTCF）最早被認(rèn)為是絕緣子結(jié)合蛋白，隨后發(fā)現(xiàn)CTCF在轉(zhuǎn)錄激活/抑制、基因印記、X染色體失活等方面均發(fā)揮重要的調(diào)控作用。近年來(lái)，CTCF也被認(rèn)為是染色質(zhì)架構(gòu)蛋白，與Cohesin復(fù)合物等在調(diào)控遠(yuǎn)距離染色質(zhì)相互作用和維持染色質(zhì)“成環(huán)”等方面發(fā)揮重要作用。然而，CTCF是否在同一生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮其多重功能至今仍不清楚。 

　　北京時(shí)間4月5日，中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院姚紅杰研究員課題組聯(lián)合美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校付向東教授課題組在Cell Reports上發(fā)表了題為CTCF functions as an insulator for somatic genes and a chromatin remodeler for pluripotency genes during reprogramming的研究論文。該研究運(yùn)用體細(xì)胞重編程到誘導(dǎo)多能干細(xì)胞為模型結(jié)合多維組學(xué)技術(shù)并聯(lián)合生物信息分析，揭示了CTCF介導(dǎo)的染色質(zhì)絕緣和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化協(xié)同調(diào)控干細(xì)胞多能性獲得的新機(jī)制。 

　　研究人員發(fā)現(xiàn)CTCF在體細(xì)胞重編程過(guò)程中表達(dá)逐漸升高，并發(fā)揮促進(jìn)體細(xì)胞重編程為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的作用。在此過(guò)程中，CTCF具有同時(shí)抑制體細(xì)胞相關(guān)基因表達(dá)和促進(jìn)多能性基因網(wǎng)絡(luò)激活的雙重功能。機(jī)制分析發(fā)現(xiàn)CTCF不僅通過(guò)發(fā)揮染色質(zhì)絕緣功能抑制體細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)，而且發(fā)現(xiàn)CTCF具有維持多能性基因染色質(zhì)開(kāi)放的作用，CTCF還結(jié)合在部分多能性基因啟動(dòng)子區(qū)，促進(jìn)這些多能性基因增強(qiáng)子（Enhancer）和啟動(dòng)子（Promoter）之間的相互作用（EP互作）。此外，該研究還揭示CTCF與染色質(zhì)重塑因子SMARCA5形成蛋白復(fù)合物，有助于維持多能性基因的染色質(zhì)開(kāi)放和多能性轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，促進(jìn)多能性基因網(wǎng)絡(luò)的激活。  

　　該研究揭示了在體細(xì)胞重編程為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞過(guò)程中，CTCF發(fā)揮了介導(dǎo)染色質(zhì)絕緣和染色質(zhì)重塑的協(xié)同調(diào)控作用。這一研究成果進(jìn)一步完善了CTCF的生物學(xué)功能，并為后續(xù)研究細(xì)胞命運(yùn)決定的調(diào)控機(jī)理提供了新思路。 

　　姚紅杰研究員和付向東教授為文章的共同通訊作者。姚紅杰研究員課題組的宋亞威博士、博士研究生章杰、副研究員胡功成博士以及加州大學(xué)圣地亞哥分校付向東教授課題組的博士后梁征宇博士為該文章的并列第一作者。宋亞威博士和博士生章杰主要完成實(shí)驗(yàn)部分，梁征宇博士和胡功成博士主要完成生物信息分析部分。該研究工作得到國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。 

　　論文鏈接 

　　本研究的模式圖