上海交大Cell发表CRISPR/Cas9新文章

　　

生物通报道  来自上海交通大学、哥伦比亚大学医学中心的研究人员报告称，他们利用CRISPR/Cas9技术使得CTCF结合位点(CBSs)发生倒位，证实了CBSs的定向可以影响基因组的拓扑结构及增强子/启动子功能。这一重要的研究发现发布在8月13日的《细胞》（Cell）杂志上。

上海交通大学特聘教授吴强（Qiang Wu）及哥伦比亚大学医学中心的Tom Maniatis教授是这篇论文的共同通讯作者。吴强教授长期从事神经系统、药物代谢系统和肿瘤基因家族的表达调控和在体功能研究，在Science、Cell、PNAS、Molecular Cell等期刊上发表了多项重要的研究成果。

作为基因表达调控的中心环节，真核基因的转录调控至少可以分为三个层次：DNA水平、染色质水平和核水平。DNA水平调控主要是指DNA上的各种顺式作用元件，如启动子、增强子、沉默子、隔离子/边界元件等，通过和反式作用因子的相互作用而影响基因表达。

在染色质水平上，裸露的DNA通过组蛋白包装成核小体进而组装成30nm染色质的过程，能够对真核基因表达产生复杂的调控作用。一方面，核小体中组蛋白的修饰和修饰的组合及核小体结构重塑，能够调节顺式元件的可接近性，来调控基因表达开关。另一方面，染色质可以通过形成环状结构，即染色质环，来介导远端调控元件和启动子区接触，或者隔离元件的相互作用，从而达到调控基因表达的目的。核水平则是指基因组的三维结构以及间期细胞核内功能性的分区，及核内区室化，影响基因表达。

CTCF是一种锌指蛋白，它保留着重要的、高度进化的DNA结构域。CTCF是组装染色质高级构象并参与基因转录调控的重要分子，参与了多种细胞生物学过程，包括生长，增殖、分化、凋亡、隔离子和绝缘子形成以及遗传印记和X染色体失活等过程。目前研究认为，CTCF主要依靠其形成染色体高级构象和染色质环的功能来发挥抑制、激活或绝缘等多基因表达的调控功能（延伸阅读：中科院JBC文章揭示转录调控新机制 ）。

近期的一些研究发现CTCF结合位点(CBSs)定向和染色质环之间有关联。为了测试这一研究发现的功能意义，在这篇Cell文章中研究人员结合基于CRISPR/Cas9的基因组DNA片段编辑技术及染色体构象捕获实验，利用protocadherin (Pcdh)和β-globin作为模式基因，证实CBSs的定位和相对定向决定了哺乳动物基因组中远程染色质成环的特异性。Pcdh增强子内的CBS元件倒位可以重新设置远端增强子和靶启动子间染色质环的拓扑结构，改变基因表达模式。

这些结果表明，尽管在报告基因检测实验中增强子可以一种不依赖定向的方式发挥功能，在天然染色体中至少一些携带CBSs的增强子其定向决定了染色质拓扑结构及增强子/启动子的特异性。由此，新研究揭示出了线性基因组序列编码出三维染色质结构的一个新机制。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

CRISPR Inversion of CTCF Sites Alters Genome Topology and Enhancer/Promoter Function

CTCF and the associated cohesin complex play a central role in insulator function and higher-order chromatin organization of mammalian genomes. Recent studies identified a correlation between the orientation of CTCF-binding sites (CBSs) and chromatin loops. To test the functional significance of this observation, we combined CRISPR/Cas9-based genomic-DNA-fragment editing with chromosome-conformation-capture experiments to show that the location and relative orientations of CBSs determine the specificity of long-range chromatin looping in mammalian genomes, using protocadherin (Pcdh) and β-globin as model genes……

作者简介：

吴强

上海交通大学特聘教授，博士生导师。癌基因及相关基因国家重点实验室研究员，系统生物医学教育部重点实验室常务副主任，科技部重大科学研究计划（973）项目首席科学家，国务院政府特殊津贴专家，上海市浦江学者，中美生命科学家学会终身会员，神经科学学会会员。1990年和1993年分别获得复旦大学学士和硕士。1998年获美国纽约州立大学石溪分校细胞发育生物学博士。1999年-2001年，哈佛大学博士后，Damon Runyon Research Fellow。2008年回国前任犹他大学助理教授。

获得Stony Brook University Excellent Research Award，The Second Annual RNA Society Prize，American Cancer Society Research Scholar Award，Basil O’Connor Scholar Award等奖项。研究论文发表于Science，RNA，MCB，Cell，PNAS，Molecular Cell，Genetics，Neuroscience，Genome Research，Nature Genetics，Nature Protocol和JMCB等期刊上，并申请了国家专利。现任ABBS编委，并为多种国际知名期刊审稿，以及科技部重大科学研究计划，国家自然科学基金，教育部优秀博士论文和博士点基金，上海市科委重大项目等评审。

长期研究神经系统、药物代谢系统和肿瘤基因家族的表达调控和在体功能。用比较生物医学手段，开发分子遗传学新技术新方法，研究原钙粘蛋白家族在脑发育和脑功能中的细胞分子机制及UGT家族在药物代谢中的生理功能和表达调控原理,以小鼠为模式动物研究人类重要常见复杂神经精神疾病的发生发展机理,为其最终治疗提供理论基础。