染色质重塑复合体SNF2家族对顺式调控元件转录的广泛影响机制研究

本研究系统揭示了SNF2家族染色质重塑酶（如CHD8、SRCAP、SMARCAL1）通过不同分子机制调控顺式调控元件（CREs）转录活性的新范式，结合新生转录组测序（TT-seq）和稳态转录组分析，阐明了核小体重塑复合体在基因调控网络中对mRNA、增强子RNA（eRNA）和上游反义RNA（uaRNA）的差异化调控作用，为理解表观遗传调控与非编码RNA功能提供了全新视角。

　　

研究背景

核小体重塑复合体（remodelers）通过ATP水解驱动DNA移位，在转录、复制和DNA修复中发挥核心作用。哺乳动物中存在至少32种SNF2样ATP酶，分为SWI/SNF、INO80、ISWI和CHD四个亚家族。尽管部分重塑酶（如esBAF、NuRD和Tip60-p400）已被证实调控胚胎干细胞（ES细胞）的mRNA表达，但大多数重塑酶对非编码RNA（ncRNA）的调控机制仍属未知。顺式调控元件（CREs）产生的非编码RNA（如增强子RNA/eRNA和上游反义RNA/uaRNA）近年来被证明具有调控功能，但其与重塑酶的关联亟待系统解析。

研究方法

研究团队通过RNA干扰（RNAi）筛选，靶向敲低小鼠ES细胞中32种SNF2样ATP酶，结合新生转录组测序（TT-seq）和稳态RNA测序（RNA-seq），全面评估了每种重塑酶对mRNA、eRNA和uaRNA转录的影响。实验采用生物重复或三重复设计，并通过ATAC-seq、CUT&RUN等技术对CHD8、SRCAP和SMARCAL1进行染色质定位和机制研究。

核心发现

1. 重塑酶对mRNA转录的广泛调控
敲低CHD4、BRG1（SMARCA4）和p400（EP400）导致最多mRNA表达变化（分别影响4,418个转录本），证实它们是ES细胞中主要的转录调控者。值得注意的是，55%的差异mRNA仅受单一重塑酶调控，而45%受多重塑酶协同或拮抗调控。例如，CHD4与BRG1表现出显著拮抗作用，而CHD4与p400则协同调控大量基因。

2. uaRNA与mRNA的独立调控现象
研究发现，尽管uaRNA与mRNA共享启动子，但它们的转录调控互不依赖。例如，SMARCA4敲低导致1,994个启动子中仅66个呈现协同变化，而SMARCAL1敲低后412个启动子中仅1个显示协同调控。这种独立性提示uaRNA可能具有独立于mRNA的生物学功能。

3. eRNA与mRNA的协同调控网络
通过增强子-启动子对（EPP）分析，发现16种重塑酶敲低导致eRNA与mRNA的转录变化显著相关。例如，CHD4敲低后，位于超级增强子区域的Tnfsf12基因与其远端eRNA呈现同步下调，印证了染色质环化（Hi-C数据支持）的功能关联性。

4. 分子机制解析

• CHD8：通过调控NFY、ETS和p53家族转录因子（TF）的结合活性直接调控转录。CUT&RUN显示CHD8缺失导致NFYA在活性启动子和强增强子区域的结合显著减少。
• SRCAP：通过组蛋白变体H2A.Z的沉积抑制AP-1因子（如FOSL2/JUN）结合。敲低SRCAP后，H2A.Z在AP-1基序的定位丧失，伴随Fosl2表达上调。
• SMARCAL1：间接通过维持基因组稳定性影响转录。其敲低导致整合子复合体（Integrator）亚基INTS5在启动子和增强子的募集增加，提示其可能通过调控R环形成影响转录终止。

研究意义

该研究首次系统定义了SNF2重塑酶的两类作用模式：

1. 直接调控类（如CHD8、SRCAP）：通过经典机制（TF互作或组蛋白变体沉积）调控转录；
2. 间接维稳类（如SMARCAL1）：通过维持基因组完整性（如Integrator功能）间接影响非编码RNA转录。

这一框架为理解染色质重塑与基因表达调控的复杂关系提供了新范式，并为发育异常、癌症等疾病中表观遗传失调的研究开辟了新方向。