Nature Genetics

在人類基因組中，只有不到2%的遺傳信息編碼蛋白質。儘管絕大部分的基因組為非編碼區，這些區域依舊有著非常重要的生物學功能。非編碼區包含著眾多不同的功能單元，這些功能單元能夠通過調控基因的表達，實現細胞的增殖和分化，從而通過一套基因圖譜生成複雜的生物機體。非編碼區中的主要功能單元包括啟動子，絕緣子、增強子和沉默子。非編碼區中的功能單元中的突變和結構變化，同樣會對人體產生病變。所以，對非編碼區的研究成為近年來遺傳組學的重要方向。近年來，隨著高通量測序技術的快速發展，大型的公共聯合研究項目Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE)

2020年2月24日，來自美國斯坦福大學和荷蘭萊頓醫學中心的龐寶旭博士和斯坦福大學的Michael Snyder博士在Nature Genetics雜誌上在線發表了題為Systematic identification of silencers in human cells的研究論文， 通過獨創性地研發了一種對repressive ability of silencer elements (ReSE) 大規模高通量篩選技術，第一次對沉默子在基因組中有了宏觀的認識【2】。

在ReSE-lentivirus篩選系統中，篩選的基因組區域被克隆到EF-1α啟動子的上游。EF-1α啟動子驅動與FK506融合的caspase 9修飾結合蛋白（FKBP-Casp9）的表達。當表達這種融合蛋白的細胞中加入二聚體分AP20187， caspase 9被激活從而誘導細胞凋亡。如果該系統中插入的基因組區域為沉默子，它們將抑制FKBP-Casp9的基因轉錄和表達，這些細胞將不會發生凋亡。通過對存活細胞和起始細胞進行高通量測序對比來識別潛在的沉默子（圖1)。

研究人員通過對K562細胞基因組中染色質開放區進行富集以建立篩選的文庫（文庫大約佔整個基因組的1%），因為染色質開放區域中可能存在被轉錄因子直接識別的沉默子。通過在K562細胞中進行篩選，研究人員發現沉默子在基因組中廣泛存在（圖1)。通過對不同組織細胞的研究發現沉默子的功能也有組織特異性，顯示沉默子在細胞分化中可能也有重要的調節作用。在不同的組織細胞中，特異性沉默子被不同的轉錄因子識別從而調節基因表達。沉默子區域可能存在特異性的表觀遺傳修飾，比如H4K20me組蛋白修飾。通過CRISPR/Cas9敲除技術將沉默子從特定基因—如ABCC2和ABCG2—中完全刪除，能夠介導這些基因的上調。因為ABCC2和ABCG2基因在介導腫瘤細胞多藥耐藥有著重要作用 (圖2)，這些敲除沉默子的細胞對一些化療藥物產生耐藥性，間接表明沉默子區域的突變可能對病人的個體化治療有直接影響。進一步實驗證明，沉默子也能通過染色質環路來遠程調控基因表達。

綜上，研究人員通過ReSE 篩選系統對基因組中沉默子的系統性篩選的初步研究，發現沉默子在人類基因組中大量存在並有重要的調節功能。為未來對基因組中沉默子的發現提供了一個高效的手段。沉默子的全基因組定位和功能研究將會為基因調節和對疾病的個體化診斷治療提供新的思路。

在同期Nature Genetics雜誌上，英國帝國理工學院 Mikhail Spivakov在“News & Views”專欄以 Silencers in the spotlight 為題作了推介【3】。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41588-020-0578-5

製版人：珂

參考文獻

1. The ENCODE Project Consortium. An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome. Nature 489, 57–74 (2012).

2. Pang, B., Snyder, M.P. Systematic identification of silencers in human cells. Nat Genet (2020). https://doi.org/10.1038/s41588-020-0578-5

3. Della Rosa, M., Spivakov, M. Silencers in the spotlight. Nat Genet (2020). https://doi.org/10.1038/s41588-020-0583-8

閱讀更多 BioArt 的文章

關鍵字: 遺傳 腫瘤 生物