利用ChIA-PET进行异常转录因子PML-RARA的三维转录调控机制研究

异常转录因子PML-RARα引起的转录失调控是急性早幼粒细胞性白血病(APL)发病的关键因素。利用系统化研究平台解密白血病发生及药物逆转过程中的体内真实、动态的转录调控网络，对于肿瘤发生和治疗的分子机制的研究的有着深远的意义。项目组前期利用ChIP-on-chip技术对PML-RARα在全基因组水平结合位点的"平面"研究发现：其通过蛋白质相互作用间接抑制了造血关键转录因子PU.1的下游靶基因网络通路而促进APL的发生。因此，本研究拟在此基础上，应用ChIA-PET及RNA-Seq这一新型组学平台，将研究目标锁定PML- RARα，通过"立体的"角度绘制全基因组水平PML-RARα介导的染色质相互作用图谱及与局部转录调控的关系，以期从空间的结构基因组学和动态的功能基因组学层面，更全面直观地解析APL发生和药物逆转过程的全貌，从而为临床分子靶向治疗的制定以及模式研究的构建提供有力的理论依据。

染色体移位形成的异常转录因子是多种造血系统疾病发生发展的关键因素。由于t(15,17)染色质移位形成的异常转录因子PML-RARA所介导的转录调控是急性早幼粒细胞性白血病发生及应用全反式维甲酸对其进行诱导分化治疗的直接靶标。以往的研究表明PML-RARA不仅抑制了其本身靶基因的表达,而且也间接抑制了其他与其相互作用的转录因子（如PU.1和GATA1)下游的转录调控，以上全基因组水平的转录调控异常直接导致了白血病的发生。近年来，许多前沿性的研究表明，转录因子介导的功能性的染色质相互作用组,尤其是长距离染色质环的形成，使得调控原件能够远程操纵或干扰基因的表达，如增强子-启动子之间的染色质相互作用，以上分子机制与生物发育异常及疾病发生密切相关。以往的研究多提供了一维水平上PML-RARA结合的靶基因，而无法解析其介导的三维空间内染色质相互作用网络。项目紧扣揭示PML-RARA介导的三维染色质相互作用调控网络这一核心问题，以经典APL白血病细胞系-PR9和NB4细胞为研究模型，利用目前国际上唯一能够捕获特异性蛋白介导的染色质相互作用的ChIA-PET技术平台，整合相关的染色质修饰状态的ChIP-Seq数据及表达谱数据，通过数据的整合交叉分析，结果显示：1）系统全面的确定了1948个PML-RARA这一抑制性转录因子特异性介导的染色质相互作用，其染色质相互作用基因原件范围跨越长度约8Kb-2Mb; 2）参与PML-RARA介导的染色质相互作用所涉及的基因显著性富集在对于造血系统APL发生发展至关重要的基因群、小鼠白血病模型及人类APL疾病中。3）参与PML-RARA介导的染色质相互作用的anchor gene其表达明显低于loop基因，从而从空间结构的角度 表明其通过转录性的机制促进了APL的发生； 4）PML-RARA介导的染色质相互作用竞争性的解除了以往增强子如H3K4me1及p300的结合位点，导致了环相关基因的表达下降。 以上研究不仅更为立体的从三维空间角度探讨了PML-RARA介导的染色质相互作用图谱，而且阐明了APL发生过程中涉及的其涉及的异常转录调控机制。以上研究提示原癌转录因子PML-RARA通过改变染色质的结构直接促进了APL的发生，而且这些涉及染色质相互作用环相关基因也为后续筛选潜在药物靶点基因提供了重要资源。