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为探究细胞在应激下如何通过 APA 上调促蛋白稳态转录本，研究人员以 DNAJB6 为对象，发现热激时 HSF1、ATF6、YY1 结合 APA 调控区，TET1 介导去甲基化促进 CTCF 结合及染色质环形成，使近端异构体表达增加，揭示了表观遗传调控机制。
在细胞的生命旅程中，时刻面临着各种应激挑战，如高温、氧化损伤等。当细胞遭遇这些 “危机” 时，如何快速调整基因表达以维持蛋白质稳态（proteostasis）成为生存的关键。选择性多聚腺苷酸化（alternative cleavage and polyadenylation, APA）作为一种重要的基因调控机制，被认为能在应激条件下上调促蛋白稳态的转录本，但其中的分子机制却一直迷雾重重。已有的研究发现，DNA 甲基化和染色质结构可能在基因表达调控中扮演着重要角色，但它们与 APA 在应激响应中的关联尚不清楚。为了揭开这些谜团，来自国外研究机构的研究人员聚焦于 DNAJB6 基因，深入探索热激（heat shock）应激下 APA 的调控机制，相关研究成果发表在《Cell Stress and Chaperones》。
研究人员主要采用了染色质免疫沉淀（ChIP）、靶向亚硫酸氢盐测序、染色质构象捕获（3C）、HiC-seq 测序、qRT-PCR、Western blot 等技术方法，并使用了 HCT116、HEK-293 等细胞系以及 DNMT1 和 3b 双敲除（DKO）细胞。
DNAJB6 异构体表达由 DNA 甲基化介导
研究人员通过对 546 个基因的 GO 分析，发现 DNA 甲基化调控的 APA 与细胞 proteostasis 相关，进而聚焦于 DNAJB6 基因。该基因位于 7q36.3，有两个注释异构体，其差异甲基化的 CpG 岛在 HCT116 细胞中高度甲基化，优先表达远端异构体；而在 DKO 细胞中低甲基化，近端异构体表达更高，且与 CTCF / 黏连蛋白结合相关。DNAJB6 的两种蛋白异构体因定位不同功能各异，近端主要在细胞质抑制蛋白聚集，远端在细胞核起抑癌作用，其异常与多种神经退行性疾病相关。
APA 调控区 DNA 甲基化扰动改变 DNAJB6 异构体表达
靶向亚硫酸氢盐测序证实 HCT116 和 DKO 细胞中 DNAJB6 APA 调控区甲基化状态与异构体表达一致。DAC 处理 HCT116 细胞使其去甲基化，近端异构体 mRNA 和蛋白表达增加。利用 dCas9-TET 系统靶向去甲基化，发现覆盖 CTCF 结合基序的 CpG 位点去甲基化可显著增加近端异构体表达，表明该区域甲基化模式决定 DNAJB6 异构体表达。
热激调控 DNAJB6 异构体表达和 DNA 甲基化
热激后 HCT116 细胞中 DNAJB6 立即向细胞质近端异构体转变，4 小时达高峰，24 小时恢复。同时，APA 调控区 DNA 甲基化动态变化，4 小时几乎完全去甲基化，24 小时恢复甲基化，且为靶向去甲基化。3C 和 HiC-seq 显示热激后 CTCF 介导的染色质环形成，与去甲基化同步，表明热激触发动态表观遗传重塑和染色质结构变化。
鉴定细胞应激中 DNA 甲基化调控 APA 的因子
DNA pulldown 结合质谱筛选出 139 个与 APA 调控区结合的蛋白，包括 YY1、ATF6、HSF1 等转录因子及 DNMT1、TET1 等甲基化调节因子。ChIP-qPCR 显示热激后 ATF6、HSF1、YY1 立即结合调控区，TET1 在 2-4 小时招募介导去甲基化，CTCF 随后结合形成染色质环，恢复时 DNMT1 介导重新甲基化。HSF1 敲除细胞热激后 APA 转换延迟，提示其在早期信号传导中的作用。
这项研究揭示了热激应激下，细胞通过动态 DNA 甲基化和染色质环化调控 APA 的新机制。具体而言，热激时应激响应转录因子 HSF1、ATF6、YY1 迅速结合 DNAJB6 的 APA 调控区，招募 TET1 实现 DNA 去甲基化，促使 CTCF 结合并形成染色质环，从而优先表达近端多聚腺苷酸化异构体，增强细胞的蛋白稳态能力。当应激解除，DNMT1 被招募使 DNA 重新甲基化，染色质环解聚，恢复原有异构体表达模式。该机制不仅为理解细胞应激响应提供了新视角，也揭示了 DNA 甲基化、转录因子结合和染色质结构之间的动态互作，为相关疾病如神经退行性疾病和癌症的治疗提供了潜在靶点和理论依据。同时，研究中发现的动态染色质环化现象，拓展了对热激响应中三维基因组调控的认识，为进一步探索应激诱导的转录组重塑奠定了基础。
