Sp1/Krüppel样转录因子在人类胚胎干细胞向红细胞分化中的作用机制

Sp1/Krüppel样因子(KLFs)是一组与真核细胞转录调控密切相关的锌指蛋白。它们通过调控大量富含GC启动子基因的表达，参与调节细胞增殖、分化、凋亡，以及肿瘤的发生、转移等诸多生理和病理过程。EKLF (Erythroid Krüppel-like factor) 即KLF1，是最早确定的KLFs家族成员，它通过调控?-珠蛋白的基因转录在红细胞系统的发育及分化过程中起着重要作用。本课题组以往利用高通量的测序平台，已经获得了人类胚胎干细胞及其定向分化的红细胞中的全基因组DNase I图谱。初步的研究表明：在KLFs家族成员所在的基因编码、或非编码区域内，存在着许多与红细胞分化有关的调控序列。本课题将在此工作基础之上，进一步研究与胚胎干细胞发育和红细胞分化相关的KLFs家族成员及其调控序列的生物学功能。

Sp1/Krüppel样因子(KLFs)是一组与真核细胞转录调控密切相关的锌指蛋白。它们通过调控大量富含GC启动子基因的表达，参与调节细胞增殖、分化、凋亡，以及肿瘤的发生、转移等诸多生理和病理过程。EKLF(Erythroid Krüppel-like factor)即KLF1，是最早确定的KLFs家族成员，它通过调控Beta-珠蛋白的基因转录在红细胞系统的发育及分化过程中起着重要作用。.染色体DNA对DNase I的敏感性是非常重要的表观遗传学指标，活跃转录基因所在区域的染色质结构会处于相对松散的状态，更易于被DNase I消化，因此被称为DNase I超敏感位点(DNase I Hypersensitive Sites, DHSs)。DHSs区域往往是低甲基化区，核小体结构缺失或异常。多种顺式调控元件已在DHSs区域被发现。本课题组利用高通量的测序平台，已经获得了人类胚胎干细胞及其定向分化的红细胞中的全基因组DNase I图谱。通过系统的生物信息学研究，在从上游70kb到下游20kb的KLFs基因区域内筛选确定了33个与红系分化相关的DHSs。荧光素酶报告基因分析发现22个DHSs能够激活通用启动子minP，18个DHSs能够激活基因特异性KLF启动子，其中12个被进一步鉴定为红系特异的KLF增强子调控序列。利用生物信息学软件确定了上述12个红系特异增强子含有共同序列(motif)，分析了可潜在结合于motif的转录因子。利用DNA凝胶阻滞试验(EMSA) 证明红系特异转录因子复合物与这些调控序列的结合特性。利用染色质免疫沉淀(ChIP)试验验证了部分KLFs成员参与了红系分化相关珠蛋白基因的调控。.根据课题需要，我们还初步研究了KLF3在斑马鱼早期造血过程中的作用。整胚原位杂交结果表明KLF3在斑马鱼原始造血过程中表达，KLF3表达水平的降低会引起红系特异性转录因子GATA-1表达水平的下降。KLF3在斑马鱼血管发育突变体中的表达下降，暗示KLF3可能参与调控斑马鱼的血管发育。.本项目不仅仅发现了与红细胞分化和发育相关的新的调控序列和调控分子，更重要的是，本研究系统和流程的建立加速了高通量测序技术的广泛应用，有助于其他研究组更加有效地获得和利用表观遗传信息，为今后的功能基因组研究奠定坚实的基础。