染色质蛋白CTCF在维持基因组稳定性中的功能和机制研究

There is a close relationship between chromatin and DNA damage repair. CTCF is an essential epigenetic regulator with multiple nuclear functions. We found that knock down of CTCF leads to increased DNA damage, which may be resulted from the reduction in homologous repair. Using immunofluorescence, we demonstrated CTCF recruitment to etoposide-induced DNA damage foci and UV laser-induced DNA damage areas. The recruitment of CTCF depends on ATM, NBS and the zinc finger region of CTCF. Finally, we showed that there is an increased recruitment of CTCF to genomic fragile sites after APH treatment. These lines of evidence strongly suggest a function of CTCF in DNA damage repair, and that CTCF is essential for maintaining genome stability. In this application, we will determine the function and mechanism of CTCF in DNA damage repair and maintenance of genome fragile sites stability. This study will provide a novel link between higher chromatin architecture and the DNA damage response, and help us better understand how chromatin proteins determine cell fate.

染色质结构与DNA损伤修复有密切的关系。维持染色质高级结构的DNA结合蛋白CTCF具有多种功能，但目前还没有其参与DNA损伤修复的报道。我们发现，CTCF缺失会导致细胞内DNA损伤增加；CTCF可被招募到DNA损伤区域，该过程依赖ATM，NBS和CTCF的锌指结构；CTCF在脆性位点有富集并受药物APH诱导后结合增加。基于上述研究基础，我们将进一步研究CTCF在参与DNA损伤修复和维持基因组稳定中的作用。我们将通过检测CTCF对其他蛋白的招募和相互结合确定CTCF参与HR还是NHEJ途径；同时利用FISH和ChIP-seq的方法检测CTCF在全基因组脆性位点区域的富集以及对其他修复蛋白分布的影响，以确定CTCF维持脆性位点稳定的功能和机制。研究CTCF在DNA损伤修复和维持基因组稳定性中的功能，对了解染色质结构蛋白如何调控细胞凋亡、衰老和阻止癌变的机理具有重要的科学意义。

CTCF突变会引起人类小头畸形症（microcephaly）和智力低下，这些症状和许多DNA损伤修复蛋白基因突变引起的疾病非常相似；条件敲除CTCF，能够引发小鼠神经元缺失并阻断淋巴细胞的增殖和分化，增加肿瘤发生的机会；CTCF还可以帮助细胞抵抗凋亡和UV带来的伤害；CTCF的结合位点很多与三核苷酸串联重复（Trinucleotide repeat）邻近，并且与其稳定性密切相关。然而现在已报道的CTCF的功能都不能清楚地解释这些现象。我们推测CTCF可能在维持基因组稳定性中发挥作用。我们沿着这个线索开展了CTCF维持基因组稳定性的课题。我们发现CTCF敲低会增加基因组的不稳定性，并且会激活DNA损伤反应。 通过依托泊苷或者激光照射的方式造成DNA损伤的区域可以招募到CTCF。 ChIP-seq的数据也表明CTCF在基因组脆性位点大量富集。CTCF敲低会降低同源重组修复效率。 机制方面， CTCF受到ATM招募，而CTCF负责招募下游的单链结合蛋白Rad51。 这些分析表明CTCF维持基因组稳定性并参与DNA修复，因此在功能上联系了基因组的组织和基因组的稳定性。