近日，中科院广州健康院/生物岛实验室姚红杰研究员课题组在国际学术期刊Nucleic Acids Research在线发表了题为“Systematic screening of CTCF binding partners identifies that BHLHE40 regulates CTCF genome-wide distribution and long-range chromatin interactions”的研究成果。该研究团队通过系统性筛选在基因组上与CTCF共定位的转录因子，鉴定出大量与CTCF存在高共定位率的新转录因子，并选取了BHLHE40（basic helix-loop-helix family member e40）进行后续的功能验证。研究发现BHLHE40可以调控CTCF在基因组上的结合，进而影响其介导的远距离染色质相互作用。

微米大小的细胞为了储存遗传信息，其遗传物质在细胞核内被紧密地包装和折叠。过往研究发现基因组结构有序且至少存在三个逐级复杂的维度：一维结构被定义为基因及其调控元件在染色质上的线性排列；二维结构主要涉及一系列的表观遗传修饰；三维结构是染色质的高级结构。这种高级结构由特殊的结构蛋白质所介导（比如：Cohesin、CTCF等），这些结构蛋白将30 nm的染色质纤维折叠成具有“染色质环”的高级结构。“染色质环”不仅有利于精确地保存遗传信息，而且可以介导远距离染色质内和染色质间相互作用，能将调控元件带到目的基因附近，从而调控基因表达。

CTCF可以介导远距离的染色质相互作用，在维持染色质高级结构以及参与基因表达调控方面起着非常重要的作用，被称为基因组的主编织者。有研究表明一些转录因子在基因组上与CTCF存在共定位，并与CTCF蛋白发生互作，进而参与调控CTCF介导的染色质相互作用，但相关研究分散在不同组织或者细胞中，缺乏广泛性和系统性。系统地鉴定参与调控CTCF介导的染色质相互作用的转录因子对于理解CTCF介导的染色质高级结构形成机制非常重要。

为了鉴定更多调控CTCF结合或CTCF介导的染色质互作的转录因子，姚红杰团队从寻找CTCF共定位因子的角度出发，整合数据库中所有高质量的转录因子ChIP-seq数据，系统性地筛选在基因组上与CTCF具有共定位的转录因子。然而转录因子和CTCF的ChIP-seq数据要在同一细胞、同一处理的前提条件下才具有可比性，但具备这种条件的转录因子ChIP-seq数据非常少。研究团队利用CTCF在基因组上的结合具有保守性的特点，通过整合大量细胞和组织中CTCF ChIP-seq数据，首次鉴定出人超保守的CTCF结合位点（human super conserved CTCF binding sites, hscCTCF binding sites）。这些结合位点在绝大多数细胞和组织中都存在，可以与所有转录因子的ChIP-seq数据进行比较，从而达到系统性筛选CTCF共定位因子的目的。通过这种方法，团队进一步鉴定出多种已经报道的与CTCF具有高共定位率的蛋白因子如ZNF143、KDM5B以及Cohesin复合物中亚基 RAD21、SMC3和SMC1A等，说明生物信息分析结果的可靠性。另外还鉴定出了多个之前未见报道的与CTCF具有高定位率的转录因子。

研究人员还利用CTCF介导的染色质互作强度信息，与CTCF高共定位率因子的结合强度进行联合分析，发现存在多个共定位因子的CTCF结合位点能够形成更强的染色质互作，暗示存在促进CTCF介导染色质互作的因子。通过进一步相关性分析，鉴定出多个具有调控CTCF介导染色质互作潜能的因子。最后选取潜在因子进行验证，发现敲降BHLHE40显著影响CTCF在基因组上的结合，进而影响CTCF介导的染色质相互作用。

该研究团队开发的利用超保守CTCF结合位点鉴定CTCF共定位因子的方法不仅具有很好的通用性和普适性，而且为后续研究细胞命运决定及疾病发生发展过程中CTCF介导染色质互作的动态变化提供了新思路。

姚红杰研究员为该论文通讯作者，其课题组胡功成博士、博士生董晓涛和龚士欣为论文共同第一作者。该研究得到南方科技大学Andrew P. Hutchins博士的帮助。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。

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