近日，深圳湾实验室分子生理学研究所张浩岳博士以第一作者及通讯作者身份与合作者在Nature Communications上发表题为“CTCF and transcription influence chromatin structure re-configuration after mitosis”的研究文章。该研究通过快速蛋白降解以及染色质构象捕获技术探究了染色质结构蛋白CTCF对于有丝分裂后染色质结构重塑以及转录重启的影响。
在细胞分裂间期(interphase)，染色质并非简单线性排列。相反，其在空间中呈现出相当复杂，并且被高度调控的三维结构(3D chromatin architecture)。这些三维结构与细胞的基因转录调控，生物体的生长发育以及疾病的发生发展都息息相关。在时间尺度上，染色质三维结构并非一成不变。在有丝分裂期(mitosis)，染色质会被压缩折叠形成染色体。与此同时，染色质的三维空间结构也会被扰乱。当细胞完成分裂，进入下一个细胞周期时，染色质又会在子细胞中进行重塑，以恢复其特征性的三维空间结构。染色质的这种特性保证了子细胞能够及时地执行正确的转录程序，从而维持细胞的组织特异性。
在过去的工作中，张浩岳博士利用小鼠成红细胞为模型，探究了染色质三维结构在有丝分裂期间的动态变化过程，并绘制了染色质三维结构在有丝分裂后的动态变化图谱。然而染色质在细胞分裂后的重塑机制尚不完全明确。
2021年8月27日，Nature Communications 在线刊发了题为“CTCF and transcription influence chromatin structure re-configuration after mitosis”研究文章。该研究通过快速蛋白降解以及染色质构象捕获技术探究了染色质结构蛋白CTCF对于有丝分裂后染色质结构重塑以及转录重启的影响。
研究者首先利用小鼠成红细胞系为模型，在其上构建了基于AID的内源性CTCF快速蛋白降解系统。利用此系统，研究者成功在有丝分裂这样的一个短的时间窗口内快速地清除细胞中的CTCF因子，并探究细胞在缺失此因子的情况下退出有丝分裂后的染色质动态三维结构重塑过程（图a）。研究者发现，当细胞缺失CTCF时，结构性染色质环（structural loops）的形成将被完全破坏（图b）。研究者同时发现，结构性染色质环对于功能性染色质环同时可能具有隔绝（insulate）以及支持（support）的作用。因此CTCF缺失时，细胞中功能性染色质环的重新形成也受到了极大的影响。特别是某些新形成的功能性染色质环会造成转录重启的改变。除此之外，CTCF的缺失在大尺度上也影响了染色质区室的重新形成。该工作为染色质在有丝分裂后的三维结构重塑阐明了部分分子机制。
特聘研究员
张浩岳博士2011年毕业于上海同济大学生命科学与技术学院，生物技术专业。2016年毕业于美国马里兰大学，获生物学博士学位。2016-2020年就职于美国费城儿童医院，担任博士后研究员 。2021年加入深圳湾实验室，担任特聘研究员。获Charles A. Caramello Distinguished Dissertation Award, University of Maryland College Park、 2010 China National Scholarship, Ministry of Education, China等奖项。
研究方向：
课题组主要以经典生物学过程（如有丝分裂）为模型，探究表观遗传组以及染色质三维折叠的动态形成过程，形成机制以及后续应用。探究染色质三维折叠的机制对于理解哺乳动物发育以及疾病的发生发展均有重要意义。课题组近期描述了哺乳动物细胞有丝分裂过程中染色质三维结构的动态重塑过程，并且阐明了相应分子机制（Nature， 2019）。未来课题组将继续运用前沿基因组学，生物信息学，分子生物学，基因编辑，高分辨率成像，以及CRISPR高通量筛选等技术探究以下课题（包括但不限于）：（1）顺势调控原件的成环机制以及其对基因转录的影响；（2）描绘染色质三维结构在细胞衰老过程中的变化；（3）开发分子工具用以调控染色质三维结构以及疾病治疗。课题组欢迎优秀青年加盟。
论文原文：
CTCF and transcription influence chromatin structure re-configuration after mitosis
文章来源 | 张浩岳课题组
编辑 | 鲍 啦
