Cell Rep | 蓝贤江团队揭示极端特异性转录因子ZNF410唯一激活CHD4表达的分子机制

在真核生物基因组中，转录因子同源型簇状结合位点（HCTs）已被证明是顺式调控元件启动子和增强子区域的普遍特征【1】。尽管如此，在细胞水平上，HCTs中每一个位点对转录因子的结合和靶基因表达的贡献尚不清楚。

β-地中海贫血（β-thalassemia）和镰刀型细胞贫血症（Sickle cell disease）是全球高发的遗传性血液疾病，患者因β-珠蛋白基因突变导致血红蛋白异常。在β-地中海贫血和镰刀型细胞贫血症中重新激活-珠蛋白是治疗这些疾病的有效手段之一。蓝贤江博士在前期通过CRISPR-Cas9筛选，鉴定出转录因子ZNF410在红细胞中通过唯一激活CHD4基因的表达进而沉默-珠蛋白的转录【2】。在机制上，ZNF410通过识别其两簇基序结合在CHD4转录起始位点上游的调控区域。然而，ZNF410唯一调控CHD4表达的机制还有待进一步研究。

2025年3月28日，复旦大学基础医学院青年研究员蓝贤江课题组在Cell Reports上在线发表题为SWI/SNF complex-mediated ZNF410 cooperative binding maintains chromatin accessibility and enhancer activity的研究长文，揭示了ZNF410通过N端结构域招募SWI/SNF复合体，帮助ZNF410以协同的方式识别CHD4增强子区域的HCTs，进而维持该区域的染色质可及性并促进CHD4转录的分子机制。

作者首先利用ChIP-seq实验，比较了正常红细胞HUDEP-2和红白血病细胞系K562中ZNF410在CHD4转录调控区域的结合情况，发现ZNF410在该区域一共有五个结合峰（峰1-峰5）。根据活性增强子的标记，研究者将ZNF410的结合区域定义为CHD4近端增强子（包含峰1-峰2）和远端增强子（包含峰3-峰5）。通过ATAC-seq实验，作者发现在缺失ZNF410后，CHD4增强子区域的染色质可及性完全消失。进一步发现这两个增强子以叠加的方式促进CHD4转录。

接下来，作者发现ZNF410基序簇分别由近端增强子和远端增强子内的两个HCTs组成，并且它们在哺乳动物进化中十分保守。有趣的是，在每一个ZNF410结合峰中，至少含有三个ZNF410基序（sub-HCTs）。通过荧光素酶报告系统证实这些sub-HCTs具有激活基因转录的能力。为了探究ZNF410结合DNA激活转录的机制，作者将注意力集中到ZNF410峰5内的sub-HCTs上。首先，通过凝胶电泳迁移实验EMSA，发现ZNF410基序内的二腺嘌呤核糖核苷酸是ZNF410识别DNA的关键核苷酸。在此基础上，利用荧光素酶报告系统，ZNF410关键核苷酸突变的单克隆细胞，结合ChIP-seq，ATAC-seq和Episomal ChIP等实验方法，作者发现ZNF410通过结合3´端基序促进其在中间和5´端基序的结合进而激活转录，而破坏ZNF410在3´端基序的结合使其完全失去激活转录的能力。同时， ZNF410峰5中的sub-HCTs发挥“开关”作用，控制整个远端增强子中ZNF410的结合，染色质的可及性和活性。这些发现揭示了ZNF410基序间的功能层级关系。

最后，作者通过蛋白质临近标记技术TurboID【3】，证实染色质重塑复合体SWI/SNF被ZNF410的N端选择性招募，二者通过协同作用驱逐核小体，确保ZNF410在增强子区域HCTs上的高效结合，进而维持CHD4增强子的染色质开放状态。

总之，该工作通过系统性的实验揭示了ZNF410以协同的方式识别其HCTs，在基因组范围内唯一调控CHD4的具体分子机制。同时，筛选阻断ZNF410与SWI/SNF互作的小分子化合物，并评估其在临床前模型中诱导胎儿血红蛋白的效率，将为血红蛋白疾病的治疗提供新的机遇。

本文的第一作者为复旦大学基础医学院的博士生徐思远和硕士生彭楚璇，复旦大学基础医学院的蓝贤江研究员是该论文的通讯作者。本项目得到了东南大学附属中大医院许彬教授，深圳湾实验室张浩岳研究员，美国MD安德森癌症中心Xiaodong Cheng研究员和费城儿童医院/宾夕法尼亚大学的Gerd A. Blobel教授的大力支持和帮助。

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)00247-5

制版人： 十一

参考文献

1.Gotea V, Visel A, Westlund JM, Nobrega MA, Pennacchio LA, Ovcharenko I. Homotypic clusters of transcription factor binding sites are a key component of human promoters and enhancers.Genome Res2010;20(5):565-77.

2.Lan X, Ren R, Feng R, Ly LC, Lan Y, Zhang Z, et al. ZNF410 Uniquely Activates the NuRD Component CHD4 to Silence Fetal Hemoglobin Expression.Mol Cell2021;81(2):239-54 e8.

3.Branon TC, Bosch JA, Sanchez AD, Udeshi ND, Svinkina T, Carr SA, et al. Efficient proximity labeling in living cells and organisms with TurboID. Nat Biotechnol 2018;36(9):880-7.

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