开创性的方法推进了CTCF蛋白在转录生物学中的研究

CTCF是一种关键蛋白，已知在转录等关键生物过程中发挥多种作用。圣裘德儿童研究医院的科学家们使用下一代蛋白质降解技术来研究CTCF。除了提供有关CTCF如何调节转录的功能性见解外，他们的工作还揭示了该方法的优越性。今天发表在《基因组生物学》上的这项研究为更清晰、更细致的CTCF研究铺平了道路。

转录是一个重要的生物过程，DNA被复制到RNA中。这个过程是细胞接受DNA中的指令并最终将代码转化为氨基酸或多肽构建单元的第一步，这些构建单元成为活性蛋白质。失调的转录在许多类型的儿科癌症中起作用。寻找修改或靶向转录机制方面的方法是寻找可用于治疗的漏洞的一个新领域。

虽然CTCF的生物学已得到广泛研究，但CTCF的不同结构域(部分)如何与转录调控相关的功能仍不清楚。

研究蛋白质最有价值的方法之一是将其从模型系统中降解(去除)。在蛋白质不存在的情况下，研究人员可以研究发生的功能变化，从而深入了解蛋白质如何影响细胞。一种降解蛋白质的系统是生长素诱导degron1(AID1)系统。然而，该系统限制了对CTCF功能的准确研究，例如生长素的高剂量依赖性，这会导致混淆结果的细胞毒性。

St.Jude的科学家将第二代系统，生长素诱导degron2(AID2)应用于CTCF(该系统由国立遗传学研究所的MasatoKanemaki博士开发)。该系统非常适合功能丧失研究，克服了AID1系统的局限性并消除了以前方法中出现的脱靶效应。

“我们使用降解模型AID2系统打开了对CTCF影响的理解，”St.Jude肿瘤细胞生物学系的共同通讯作者ChunliangLi博士说。“使用这个系统，我们确定了控制CTCF依赖性转录调控的规则。”

“当CTCF蛋白消失时，我们和其他人观察到很少有基因发生转录变化，”李说。“我们知道，当我们去除细胞中的大部分CTCF蛋白时，对转录的影响很小。因此，蛋白质消耗和转录之间的脱节必须遵循一种机制。我们确定了部分机制。蛋白质不仅依赖于通过识别CTCFDNA结合基序与DNA结合，但也依赖于某些结构域与基序侧翼的特定序列结合。对于基因子集，只有当CTCF与这些特定序列结合时，转录才会受到调节。

“交换系统”阐明了锌指结构域的作用

研究人员将AID2系统与SLAM-seq和sgRNA筛选等前沿技术相结合，研究CTCF的降解如何改变转录。

“通过退化，我们可以创建一个非常干净的背景，然后引入一个突变体。这种转换发生得非常快，所以我们称之为快速交换系统，”李说。“这是第一次使用干净且快速交换的系统来研究CTCF的单个突变体。”

通过他们的工作，科学家们将锌指(ZF)结构域确定为CTCF中功能相关性最强的区域，包括ZF1和ZF10。从模型系统中移除ZF1和ZF10揭示了独立​​需要这些ZF来结合DNA和调节转录的基因组区域。

“CTCF本身是一种多功能蛋白，”共同第一作者、St.Jude肿瘤细胞生物学系的JudithHyle说。“它在细胞中具有多种作用，从染色质结构维护到转录调节，无论是作为转录的激活剂还是抑制因子。我们感兴趣的是CTCF如何参与转录调节，并且有了这个新系统，我们能够更快地降解CTCF,并专注于CTCF的特定目标。我们能够为这些尚未被很好理解的外周锌指分配一些功能，表明基因组中的某些区域需要或依赖于这些锌指结合进行转录调节。这是第一次在蜂窝系统中看到或确认。”

为进一步研究敞开大门

优越的系统允许研究人员引入可以通过他们的模型追踪的突变。科学家随后进行了功能研究，以了解此类突变对CTCF结合和转录调控的影响。

谈到这种新方法，圣裘德应用生物信息学中心的共同第一作者MohamedNadhirDjekidel博士说，“因为当内源性蛋白质降解时你可以获得关于突变体的干净数据，你实际上可以推断出基因调控网络，这为不同的下游分析打开了大门，以了解调控是如何运作的。”

该研究证明了AID2系统在降解蛋白质方面的优越性，并展示了在透明系统中研究CTCF的重要性。这对转录调控研究领域的其他研究者来说是重要的验证。这项工作还揭示了研究这种关键蛋白质的新途径。

该研究的共同通讯作者是圣裘德应用生物信息学中心的BeisiXu博士。其他作者包括St.Jude的JustinWilliams、ShaelaWright和YingShao。