基于ChIA-PET和功能学方法定义和分类抑制性增强子研究全基因组GR抑制机制

Glucocorticoids (GCs) are widely prescribed drugs in clinic. Aberrant GC signaling pathway or the side effects of GCs can cause a series of metabolic, immune, cardiovascular and mental diseases. GCs activate their target genes by binding to GR-binding sites through their receptor (GR). However, GR repression mechanisms have been controversial. Currently, genome-wide defining the activity of enhancers is based on the activity of promoters and closeness between promoters and enhancers, or combined with other putative epigenetic markers, with 60% of accuracy, which make more detailed analysis unrelible. Our preliminary studies, using ChIP-seq and GRO-seq, have identified GR-binding regions, GR DNA-binding domain independent GR-tethering regions and GR transcriptional regulated genes. Here we propose to employ ChIA-PET, based on physical interaction with repressed promoters, combined with other biological and bioinformatic approaches to define and classify repressive GR enhancers. Novel GR repression mechanisms will be explored on the defined repressive enhancers, and related DNA-binding factors will be identified. Finally, the importance of all GR repression mechanisms will be evaluated to provide a genome-wide view of GR repression. These studies will shed new lights on understanding pathological mechanisms of GR repression in various diseases, on exploring therapeutical targets related to GR repression and on developing new generation of more specific GC drugs.

糖皮质激素（GCs）在临床广泛应用，异常GC信号通路或GC药物副作用引发一系列代谢、免疫、心血管和精神性等疾病。GCs激活基因主要通过其受体（GR）结合到GR结合序列，而GR抑制基因的机制颇受争议。目前基因组定义增强子活性是根据启动子活性和与启动子距离来推断的，或结合其它探索性表观遗传标志，只有60%的准确率而无法据此深入研究。本课题组在前期研究中用ChIP-seqs、GRO-seqs鉴定了GR结合点、DNA结构域非依赖性GR栓系结合点及GR在转录水平调节的基因的基础上，采用ChIA-PET，根据与被抑制的启动子相互作用,和其它生物学及生物信息学方法综合定义和分类抑制性增强子，继而探索未阐明的GR抑制机制，鉴定相关的DNA结合因子，并对GR抑制作总结评估，为后续的GR抑制机制在各种疾病病理中的研究、探索特异性干预GR抑制相关疾病或副作用的药物靶点，开发新一代特异性GC药物提供新的思路。

.本项目主要目的是在全基因组范围内揭示糖皮质激素受体（GR）抑制基因转录的机制。脑垂体促皮质激素细胞因被内源GR配体负反馈抑制Pomc和其他基因的转录，而成为研究GR抑制基因转录的模型系统之一。由于前期的研究积累，我们以促皮质激素细胞来源的AtT-20细胞株为模型系统，探索GR抑制基因转录的机制。我们的研究发现：1）GR的激活在全基因组范围内重塑增强子编码，包括GR增强子和其他没有GR结合的非GR增强子；2)抑制性GR增强子比激活性GR增强子的GR ChIP信号较弱，而GR ChIP信号弱的增强子富集其他转录因子基序（motif）而非GR结合序列，提示GR通过其他转录因子间接结合到DNA；3）生物信息学分析证实抑制性GR增强子GR信号峰周围富集FOX和bHLH家族转录因子的结合位点；4）敲低Foxa1 mRNA对地塞米松（Dex）上调的基因影响较小，而大量的Dex抑制的基因被激活，这些结果表明FOXA1在AtT-20细胞的GR抑制程序中的重要性。GR在其他细胞类型中是否采用同样的调节机制需要进一步探讨。我们分别以A549肺癌细胞系和神经干细胞为模型系统，进一步比较研究不同细胞系统采用的GR抑制策略。同时，我们还发现GR在A549细胞中调节大量circRNA的表达，这些circRNA参与GR调节靶基因。我们进一步揭示了某circRNA调节基因表达的分子机制。相关工作将尽快整理投稿。这些研究有助于我们更好地从不同维度了解GR抑制基因表达的机制。最近我们也开始了解析GR在骨相关细胞中调节机制方面的深入研究，希望能为减少糖皮质激素类药物对骨骼系统的副作用提供新的思路。