中國科大基因轉錄調控研究取得進展

　　近日，中國科學技術大學生命科學學院教授單革實驗室研究發現，秀麗線蟲中兩個高度保守的轉錄因子UNC-30和UNC-55，共調控包括cAMP通路、微小RNA（microRNA）和長鏈非編碼RNA（lncRNA）等在內的數以千計的靶基因的表達，從而調控D型運動神經元的發育和可塑性。研究論文近日發表在《發育細胞》（Developmental Cell）上。

　　為了獲知這兩個轉錄因子在D型運動神經元中的所有靶基因，該實驗室首先利用CRISPR-Cas9技術將GFP分別插入到unc-30和unc-55基因的末端，得到表達UNC-30::GFP和UNC-55::GFP融合蛋白的秀麗線蟲，再對利用所獲秀麗線蟲進行ChIP（染色質免疫共沉淀）實驗。通過對原有ChIP實驗方法進行改進和優化，克服了兩個轉錄因子秀麗線蟲中表達量小、表達時間窗口短、表達的D型神經元細胞占秀麗線蟲細胞比例少（約占2%）等瓶頸，完成了ChIP實驗，拿到了可供高通量測序（ChIP-seq）的DNA樣品。這是第一次實現了在多細胞動物中原位表達水平轉錄因子的ChIP-seq實驗。轉錄因子是調控細胞中從DNA上讀取信息轉錄產生RNA的一大類蛋白質因子，針對特定轉錄因子的ChIP-seq實驗，可以在全基因組水平獲知受其調控的所有靶基因。

　　該研究揭示這兩個轉錄因子各自均調控2000多個基因（秀麗線蟲約有2萬個基因）的表達，它們共同調控1300多個編碼和非編碼基因的表達。這些靶基因在對神經元發育和可塑性具有重要調控作用的多個信號通路中行使功能。其中一個通路是決定環腺苷酸（cAMP）濃度的cAMP代謝通路。為了直接觀測活體秀麗線蟲細胞中的cAMP濃度變化，研究人員開創性地將用于哺乳動物細胞中檢測cAMP水平的探針改造為在活體秀麗線蟲中也可以使用工具。進一步的研究揭示，這兩個在動物界高度保守的轉錄因子通過調節神經元中的基因表達，調控了細胞中cAMP的濃度，進而在時間上影響D型運動神經元發育和可塑性的進程。此外，UNC-30和UNC-55是從秀麗線蟲到人均具有的高度保守的轉錄因子，從全基因組水平上獲得了UNC-30和UNC-55調控的靶基因，為進一步探索動物細胞中轉錄因子調控網絡提供了重要基礎。

　　研究工作得到了科技部、中科院、國家基金委以及中國科大非編碼RNA功能及功能機理創新團隊的支持。