CTCF-s可变剪接体的剪接机制及其在肿瘤发生中的作用机理研究

Chromatin insulator binding protein CTCF is recognized as the master weaver of the genome, and its loss of function directly leads to embryonic lethal. Our previous studies found that condensin complex negatively regulates CTCF-mediated rRNA gene transcription in cervical cancer cell line (JBC, 2013, co-first author). Recently, we identified the existence of CTCF-s short isoform and CTCF-s can compete with CTCF at about 24% of CTCF binding sites, moreover, we found it plays a role in cell apoptosis (Nature Communications, 2019, co-first author). However, the underlying mechanism of CTCF-s alternative splicing and the biological functions of CTCF-s in tumorigenesis remain unclear. In this project, we will take advantage of biochemical, RNA biological, transcriptomic, epigenomic and bioinformatic methods to further investigate those splicing factors that participate in CTCF-s alternative splicing and classify their roles on such a process. We will also compare the biological similarities and differences of the recently-identified CTCF-s and the well-studied canonical CTCF, and finally dig out the biological roles of CTCF-s/CTCF in tumorigenesis. The accomplishment of this project will not only fill in the gap on the investigation of CTCF-s and enrich the biological functions of CTCF, but also lay a theoretical foundation for new drug discovery and clinical therapeutics.

染色质绝缘子结合蛋白CTCF被称为基因组的主编织者，其缺失直接导致胚胎致死。我们前期结果发现在宫颈癌细胞系中凝集素复合物负向调控CTCF介导的rRNA基因的转录激活。我们最新研究发现在人类细胞中存在一个短的可变剪接体（CTCF-s），CTCF-s能够竞争性结合大约24%的CTCF结合位点，并且确定其在宫颈癌细胞系的凋亡发挥作用。然而，CTCF-s的可变剪接机制及其在肿瘤发生中的生物学功能尚不清楚。本项目拟采用生物化学、RNA生物学、转录组学、表观组学以及生物信息学等研究方法和技术手段，深入挖掘CTCF-s的可变剪接机制，比较CTCF-s与经典的CTCF的生物学功能异同，研究CTCF不同可变剪接体在肿瘤发生过程中的具体生物学功能。本项目的完成不仅有助于填补CTCF-s的研究空白和丰富CTCF的生物学功能，而且为新药研发和临床治疗提供理论基础。

染色质绝缘子结合蛋白CTCF可以介导染色质互作，其在生长发育和疾病发生发展过程中发挥至关重要的作用。我们之前研究发现CTCF存在一个短的可变剪接体，其缺少经典CTCF的3、4号外显子。本研究通过构建mini-gene系统证实CTCF基因3、4号外显子确实在细胞内可以发生跳跃，进而产生一个短的可变剪接体。为了寻找调控CTCF可变剪接的因子，我们通过将CTCF可变剪接位点的序列合成为带生物素化的探针，进行pull down实验。结合蛋白质谱技术，我们鉴定了多种能与CTCF 3、4号外显子可变剪接序列结合的因子。我们进一步在胚胎干细胞向神经分化过程中，对候选的可变剪接因子进行敲降或过表达，验证对CTCF可变剪接的影响，最终得到9个可能调控CTCF可变剪接的因子。通过对这些剪接因子进行敲降和过表达，发现它们之间可以相互调控，暗示它们可能共同参与CTCF可变剪接的调控。另外，本研究还在小鼠胚胎干细胞向扩展全能干细胞转变过程中，发现YY1能调控CTCF介导的染色质互作，进而调控组蛋白修饰酶的表达；在小鼠生精过程中，发现DDX5可以调控GDNF通路基因表达进而调控精子发生。本研究鉴定了调控CTCF可变剪接的因子，有利于我们深入了解CTCF可变剪接事件的发生，有助于我们进一步认识外显子跳跃的可变剪接调控机制。