BPA通过改变ERα介导的转录爆发中辅因子招募和核小体动力学影响基因表达

本研究揭示了环境内分泌干扰物双酚A(BPA)如何通过改变雌激素受体α(ERα)与辅因子的相互作用，影响靶基因转录爆发的分子机制。研究人员采用单分子成像技术发现，BPA虽能诱导TFF1基因达到最大爆发频率，但会显著减少活性等位基因数量，导致整体转录水平下降。通过CUT&Tag和ATAC-seq分析，证实BPA会改变核小体定位模式，减少ERα和FOXA1在启动子区的招募，破坏增强子-启动子协同作用。该研究为理解EDCs的基因特异性调控提供了单分子水平的证据，对评估环境化学物的表观遗传风险具有重要意义。

　　

在当代环境健康研究中，内分泌干扰化学物质(EDCs)对激素信号通路的干扰机制一直是科学家们关注的焦点。其中，双酚A(BPA)作为广泛存在的环境雌激素，能够模拟17-β-雌二醇(E2)与雌激素受体α(ERα)结合，但其引发的生物学效应却与天然激素存在显著差异。这种差异背后的分子机制长期困扰着研究人员，特别是在单细胞水平上，BPA如何影响ERα介导的转录爆发过程仍不清楚。转录爆发作为基因表达随机性的重要表现形式，其调控异常与多种疾病相关，因此阐明BPA对转录爆发的精确影响具有重要的科学意义。

美国国家环境健康科学研究所的研究团队在《iScience》发表的研究中，创新性地结合单分子荧光原位杂交(smFISH)、活细胞成像和表观基因组学技术，系统揭示了BPA影响ERα靶基因转录的分子机制。研究采用内源性标记TFF1基因的MCF-7乳腺癌细胞系，通过MS2-GFP系统实时观测转录爆发动态；利用CUT&Tag分析ERα、FOXA1和组蛋白修饰在全基因组范围的分布；通过ATAC-seq检测染色质可及性变化；并建立数学模型量化转录状态转换动力学。

转录爆发频率相似但活性等位基因减少
研究发现，虽然10μM BPA处理能使TFF1基因达到与1nM E2相似的爆发频率（约每小时一次），但活性等位基因数量减少了50%以上。活细胞追踪显示，BPA诱导的爆发持续时间显著缩短（13.8分钟vs 8.43分钟），而爆发间隔时间无显著变化。数学模型分析表明，BPA处理使更多等位基因处于抑制状态（94.27% vs 80.96%），且从过渡状态返回抑制状态的速度加快。

核小体定位异常导致启动子功能障碍
ATAC-seq分析揭示，BPA处理虽不改变TFF1启动子整体可及性，但导致核小体呈现周期性定位模式，特别是在TATA盒(-100bp)和雌激素反应元件(ERE,-330bp)位置形成明显核小体峰。这种"相位性"结构与E2诱导的"模糊"核小体分布形成鲜明对比，阻碍了转录因子结合。置换实验证实，E2预处理的染色质结构可被BPA维持，但BPA预处理的染色质需要E2来完全激活。

基因特异性辅因子招募缺陷
CUT&Tag数据显示，BPA处理使ERα在全基因组范围的结合减少25%，FOXA1招募也相应降低。这种效应具有基因特异性：在TFF1启动子区ERα和FOXA1结合显著减少，而在GREB1启动子区则不受影响。RNA-seq鉴定出54个E2上调基因（如EGR3）在BPA处理时表达降低30%以上，这些基因启动子区同样出现核小体相位性分布。

增强子-启动子协同作用受损
研究发现MED1在TFF1增强子和启动子的招募均受BPA抑制。SRC-3敲除实验显示该辅因子对维持基础转录至关重要。增强子缺失突变体实验中，BPA与E2的转录差异消失，表明BPA破坏了增强子对爆发频率的调控能力。这种协同作用缺陷可能是由于BPA-ERα复合物无法有效招募必要的染色质重塑复合物。

这项研究首次在单分子水平阐明了BPA通过改变ERα介导的转录爆发动力学影响基因表达的分子机制。研究发现BPA诱导的核小体重排会形成不利于转录的染色质结构，导致靶基因的"许可等位基因"库减少。这种效应具有基因特异性，取决于局部染色质环境、辅因子可用性和增强子-启动子相互作用。这些发现为理解EDCs的表观遗传效应提供了新视角，对评估环境化学物的健康风险具有重要意义，也为开发更安全的BPA替代品提供了分子靶点。特别值得注意的是，研究揭示的"许可等位基因"概念可能普遍适用于核受体信号转导，为理解细胞群体中激素反应的异质性提供了新思路。