转录调控是一个复杂的过程,涉及特定染色质环境中的一系列蛋白质活动。转录因子 (TF) 是此过程的主要贡献者,它们与伙伴、辅激活因子或表观遗传因子一起发挥作用,其中一些被称为先驱 TF,能够使染色质结构允许辅激活因子和表观遗传因子的作用。表观遗传景观在造血稳态和分化程序中起着重要作用;因此,有可能从染色质动力学构建一个完整的造血模型 ( 1 , 2 )。编码表观遗传修饰因子 (TET2、IDH1 / 2、DNMT3A 和 ASXL1) 的基因突变在急性髓系白血病 (AML) 患者中很常见,进一步表明这种类型的成分在驱动 AML 发展中起着重要作用。 TF SPI1 / PU.1 属于 E26 转化特异性 (ETS) 家族,是造血控制的主要贡献者,在髓系和 B 淋巴系的特化和分化中发挥积极作用 ( 3–5 )。SPI1 最初被描述为一种转录激活因子,被认为是一种先驱 TF,因为它能够结合或接近封闭的核小体构象,并使辅因子能够结合染色质 ( 6–9 )。例如,在巨噬细胞中,SPI1 通过结合封闭的染色质来激活其靶基因的转录,在那里它通过募集表观遗传修饰因子(如 CBP/P300 或 SWI/SNF 复合物)来驱逐核小体 ( 6 、 7 、 10 、 11 )。这一动作指示创建一个新的增强子,使组蛋白 3 的赖氨酸 4 (H3K4me1) 单甲基化,并在增强子位点募集额外的 TF (6,7)。SPI1 通过表观遗传调控控制转录激活的功能在 B 淋巴细胞和破骨细胞分化中也有描述 (12,13)。因此,除了与谱系决定辅因子协同控制基因表达方面发挥众所周知的作用外,SPI1 对转录活性的影响还与表观遗传调节因子协同介导。最近有报道称,SPI1 在正常造血、控制适当的中性粒细胞免疫反应 (14)、早期 T 细胞 (15,16) 和破骨细胞 (12) 中抑制转录。实现更好的
深度测序技术的进步表明,人类基因组的大部分都被积极地转录成 RNA。我们的实验室专注于表征基因组中产生的最大 RNA 组,即长链非编码 RNA (lncRNA) 及其相关的蛋白质结合伙伴。迄今为止,只有 3% 的 lncRNA 经过了功能验证。利用长读和短读测序技术,我们生成了巨噬细胞活化的异构体水平转录组图谱,该图谱表征了所有炎症诱导基因。利用 CRISPR 抑制技术,我们进行了系统无偏筛选,以确定与巨噬细胞内炎症功能相关的功能相关 lncRNA。我们确定 lncRNA LOUP 是一种多功能基因,涉及先天免疫的多个方面。我们表明 LOUP 可以作为增强子来调节其邻近蛋白质先锋因子 SPI1 (PU.1)。有趣的是,SPI1 可作为转录因子 NF-kB 的正调节剂,而我们确定 LOUP 是 NF-kB 的强负调节剂。我们发现 LOUP 定位于细胞质并编码一个短的开放阅读框肽。Ribo-seq 数据表明该区域是主动翻译的。我们将肽插入到与 GFP 同框的质粒中,它在 HEK 293 细胞中被主动翻译。为了确定该肽是否能在先天免疫中发挥作用,我们利用活性 CRISPR 专门针对该肽,并表明该区域确实可以作为 NF-kB 的负调节剂。总之,我们已确定 LOUP 是免疫反应的重要调节剂。它具有多种功能,顺式作用以调节 SPI1 并编码负调节 NF-kB 信号的小肽。
暴发性心肌炎(FM)是心肌的严重炎症状况,通常会导致猝死,尤其是在年轻人中。在这项研究中,我们采用了单核和空间转录组学对A/J小鼠的Coxsackievievirus B3(CVB3)诱导的FM进行了全面分析,涵盖了七个不同的时间点前后的时间点。我们的发现表明,通过充当CVB3感染的主要靶标,间皮细胞在心肌炎的早期起着至关重要的作用。这触发了巨噬细胞的激活,引发了一系列的炎症。随后,促炎性弹性膜膜和T细胞在心肌中填充,造成组织损伤。我们还将CD8 +效应T细胞鉴定为心肌细胞损伤的关键介体。这些细胞释放了细胞毒性分子,特别是IFN-γ,它调节了SPI1的表达,这是涉及加剧心肌细胞死亡和扩增疾病进展的因素。针对IFN-γ / SPI1轴的治疗干预措施在FM模型中表现出显着的效率。值得注意的是,静脉免疫球蛋白(IVIG)治疗降低了死亡率,抑制病毒增殖并减轻了FM的高温状态。IVIG治疗还下调IFN-γ和SPI1表达,强调其免疫调节和治疗潜力。这种全面的时空转录组分析为FM的发病机理提供了深刻的见解,并突出了可操作的治疗靶标,为这种威胁生命的状况铺平了道路,为更有效的管理策略铺平了道路。
CRISPR 扰动是研究基因组功能效应的宝贵工具。然而,现有方法在研究非编码元件和遗传相互作用方面的效用有限。在这里,我们开发了一个双向表观遗传编辑系统 (CRISPRai),其中正交激活 (CRISPRa) 和抑制 (CRISPRi) 扰动同时应用于同一细胞的多个基因座。我们开发了双 gRNA 捕获单细胞 Perturb-seq 来研究两种造血谱系转录因子 SPI1 和 GATA1 之间已建立的相互作用,并发现了共同调节基因的新型上下文特定调控模式。将 CRISPRai 扩展到非编码元件,我们解决了多个增强子如何相互作用以调节 T 细胞中共同靶基因白细胞介素-2 的表达。我们发现增强子功能主要是附加的并能够对基因表达进行微调,但在基因表达控制强度方面,增强子之间存在明显的层次结构。启动子在控制基因表达方面比大多数增强子占主导地位;然而,一小部分增强子表现出强大的功能效应或守门人功能,尽管启动子被激活,但仍可以关闭基因。将这些功能数据与组蛋白 ChIP-seq 和 TF 基序富集相结合,表明存在多种增强子介导的基因调控模式。我们的方法 CRISPRai 用于双向表观遗传编辑,提供了一种识别新遗传相互作用的方法,这些相互作用在没有双向扰动的情况下进行研究时可能会被忽视,并且可以应用于基因和非编码元件。
