CTCF对体细胞重编程不同阶段的细胞染色质组织调控的机制研究

In higher eukaryotic organisms, insulator binding protein CTCF mediates long-range chromatin interaction and is involved in regulation of gene expression. Recent studies shows that DNA binding patterns of CTCF are different in different cell types and the regulatory patterns of gene expression are also different. We found that cohesin and p68 play the important roles in CTCF mediated long-range chromatin interaction in one cell type. However，it is still unknown how CTCF mediates long-range chromatin interaction at different stages during somatic cell reprogramming. On the basis of our previous research, by using the cells at different stages during reprogramming, We will perform ChIP-seq and ChIP-3C to analyze and compare the patterns of CTCF binding to DNA, to study how cohesin affects CTCF binding, to examine the relationships between CTCF binding sites and the nucleosome positioning, to illuminate the influence of cohesin on regulatory functions of CTCF mediated long-range chromatin interaction during somatic cell reprogramming. This study will help us to deeply understand CTCF binding pattern during cell fate determinztion and regulatory methanisms of CTCF mediated long-range chromatin interaction.

在高等真核生物中，绝缘子结合蛋白CTCF介导远距离的染色质相互作用，并参与基因的表达调控。近期研究表明CTCF在不同类型细胞中的DNA结合模式不同，调控基因表达的模式也不同。我们发现Cohesin和p68在单一细胞系中调控CTCF介导的远距离染色质相互作用中发挥重要作用。而在细胞类型转换过程中，CTCF所介导的染色质组织是如何动态变化的研究还未见报道。本项目将在已有研究工作的基础上，以体细胞重编程不同阶段的细胞为材料，运用ChIP-seq和ChIP-3C等技术，全面分析和比较CTCF对DNA的结合情况以及Cohesin对CTCF结合位点变化的影响，解析CTCF的结合位点与核小体的动态分布之间变化，并阐明Cohesin对重编程不同阶段的CTCF介导远距离染色质相互作用调控的影响。该研究有助于我们更深入的理解CTCF在细胞命运转变中对DNA的结合规律以及介导远距离染色质相互作用的调控机制。

为了研究细胞命运转换过程中，CTCF介导的染色质组织如何动态变化，我们利用MEFs、pre-iPSCs和iPSCs三个阶段的细胞作为研究模型，系统地描绘重编程过程中核小体定位及组蛋白修饰的动态变化及对基因表达的影响。我们发现在体细胞重编程过程中,全基因组范围内核小体发生重新排列,pre-iPS细胞的染色质比MEF和iPS都更为开放；在重编程过程中，不同组蛋白甲基化修饰（H3K4me3/H3K27me3/H3K9me3）在基因的启动子区发生明显有规律的动态变化，而这种变化和基因的表达水平密切相关。而且，在pre-iPS细胞转化为iPS细胞的过程中，维生素C能够显著影响核小体及组蛋白甲基化修饰（H3K4me3/H3K27me3）在重编程相关基因启动子区的重定位。从核小体重排机制研究体细胞重编程的分子机制具有非常重要的理论和实际意义，将为再生医学的临床应用奠定扎实的理论基础。..运用ChIP-seq和ChIP-3C等技术，全面分析和比较CTCF在三种细胞中对DNA的结合情况，我们发现CTCF在三种细胞中结合位点的保守性非常高，敲降Cohesin亚基Rad21的表达能降低部分CTCF结合到结合位点上，而且部分参与影响CTCF介导的远距离染色质相互作用的能力；同时，我们发现在重编程中间阶段的pre-iPS细胞中，有一部分的CTCF结合位点与核小体可以共定位。该研究有助于我们更深入的理解CTCF在细胞命运转变中对DNA的结合规律以及介导远距离染色质相互作用的调控机制。