利用4C-seq技术系统鉴定IFITM基因的增强子及表达调控机制和功能研究

IFITM genes are a family of interferon-induced genes, which play a vital role in defending multiple viruses and influencing virus susceptibility. Therefore, it is of great importance to study the regulatory mechanisms of IFITM gene expression. Previous research mainly focused on the promoters of IFITM genes, however, our recent study has indicated that enhancers are also involved in the expressional regulation of IFITMs. On the theoretical basis of enhancer physically interacting with promoters of target genes, this project will integrate genomewide interactome of IFTIM genes both before and after the treatment of interferons with multiple omic data, to systematically indentify enhancers of IFITM genes genomewide; then using DNA pulldown, mass spectrometry, ChIP, CRISPR and RNAi, we will investigate the molecular mechanism of newly indentified enhancers regulating IFITMs from two aspects: the regulatory transcription factors binding on the enhancers and the proteins that mediate the promoter-enhancer interactions; In the end, we will use the infection of influenza virus as the experimental model to study the biological significance of enhancers of IFITM genes in anti-virus process, thus providing new insights for finding new virus susceptibility loci and screening targets of anti-virus medicine.

IFITM基因是一族被干扰素诱导表达的基因，在抗多种病毒感染以及影响人群病毒易感性方面发挥着重要作用，因而研究其基因表达调控机制具有重要的意义。之前对IFITM基因表达调控研究主要集中在启动子区，但是在最近的研究中，我们发现增强子也参与到了IFITM基因的表达调控中。本项目拟利用增强子与靶基因启动子相互作用的理论基础，通过4C-seq获得干扰素处理前后IFTIM基因在全基因组的相互作用谱，并整合多组学数据，在全基因组范围内系统地鉴定IFITM基因的增强子；然后利用DNA pulldown、质谱、ChIP、CRISPR和RNAi等实验，从增强子上结合的调控性转录因子和介导启动子-增强子相互作用的蛋白两个方面，探究增强子调控IFITM基因的分子机制；最后以流感病毒感染为模型，分析IFITM基因的增强子在抗病毒感染中发挥的作用，以期为病毒易感性新位点的发现和抗病毒药物靶点的筛选提供新的思路。

IFITM (interferon-induced transmembrane protein)基因是一族被干扰素诱导表达的基因，在抗多种病毒感染以及影响人群病毒易感性方面发挥着重要作用，因而研究其基因表达调控机制具有重要的意义。对IFITM基因表达调控研究主要集中在启动子区，我们之前的研究首次发现增强子也参与了IFITM基因的表达调控，但是我们发现增强子所用的染色质三维结构数据，来自于未用干扰素处理的细胞，此时细胞中的IFITM基因仅以极低的本底水平表达，可能存在着重要的增强子还没有参与进IFITM基因的调控中来。在本课题中，我们利用4C-seq技术首次获得了干扰素诱导前后 IFITM1, 2基因启动子的相互作用谱，验证了与之前报道的增强子E2-3的相互作用，并且基于增强子与靶基因启动子相互作用的理论基础，整合4C-seq数据、多种表观遗传学数据以及体外荧光素酶报告实验和体内CRIPSR敲除实验证据，鉴定到一个新的通过远距离染色质相互作用调控IFITM1, 2和3基因表达的增强子，另外还提示该增强子可能通过招募转录因子IRF1和STAT2来促进干扰素诱导的IFITM的表达。上述研究拓展了我们对IFITM基因表达调控机制的了解和认识，对于研究抗病毒免疫以及病毒易感性等过程具有重要意义。最后，我们还系统地收集和整理了呼吸道病毒宿主遗传易感性和严重性的相关研究，建立了呼吸道病毒遗传易感性数据库dbGSRV，为方便研究人员探究呼吸道病毒感染中人类因子的作用、发现新的药物靶点、进行人群风险分级和开发个体医疗技术提供了一个富有前景的手段。