2021年10月14日，中國醫學科學院基礎醫學研究所余佳團隊在Genome Biology期刊在線發表題為“A global screening identifies chromatin-enriched RNA-binding proteins and the transcriptional regulatory activity of QKI5 during monocytic differentiation” 的研究論文。該研究首次全局性描繪了造血細胞中染色質富集型RBP的分布圖譜，并對其染色質結合機制進行探究，鑒定出RBP QKI5通過轉錄調控促進單核細胞分化的新機制。
RNA結合蛋白（RNA binding protein, RBP）通過RNA結合結構域結合RNA分子，參與RNA代謝的多個階段，如選擇性剪接、運輸、修飾、編輯、翻譯等，通過轉錄后調控模式影響多種生理病理過程。然而，已有多項研究表明RBP還可通過與染色質互作調控下游基因表達；近期一項利用ChIP-seq分析特定RBP染色質結合能力的研究顯示，在K562及HepG2細胞中，某些RBP可與染色質結合，提示RBP不僅可與RNA分子結合行使轉錄后調控，其在染色質環境下也具有獨特的調控功能。但是，目前仍未有對染色質富集型RBP的全局性描繪，并且RBP在染色質環境中的調控機制非常復雜，需發展高效且有針對性的高通量鑒定技術或策略。
作者首先利用亞細胞組分分離實驗，在二種血細胞系K562和THP-1，及293T細胞中分離出染色質組分及可溶性核質組分，通過質譜分析共鑒定出257個染色質結合型RBP，其中52個RBP為三個細胞系共有，定義為染色質富集型RBP，占已注釋RBP的9.6%，占染色質互作蛋白的13.8%，說明與染色質結合可能是核內RBP的固有屬性（圖1）。作者接下來篩選了其中造血分化相關的染色質富集型RBP，通過ChIP-seq和CLIP-seq實驗對這類RBP的染色質互作機制進行探究（圖2），發現造血相關染色質富集型RBP在DNA/RNA不同區域或不同基因類型的分布具有特異性，并且DNA/RNA結合偏好性也各不相同。值得注意的是，這些RBP并不在原位同時結合DNA/RNA，其RNA結合位點通常在DNA結合位點5kb以上范圍，提示造血相關染色質富集型RBP不傾向在原位進行轉錄/轉錄后協同調控，而是在DNA/RNA水平相對獨立地行使不同調控作用。作者進一步對這些造血相關染色質富集型RBP的轉錄調控作用進行分析，發現QKI5、KHSRP、 SETD1A在染色質背景下具有轉錄調控潛力，而QKI5調控的造血相關基因相對最為富集，且多數為單核分化相關基因，因此作者后續選擇在單核細胞分化中對QKI5的功能及調控機制進行研究。
圖1 亞細胞組分分離結合質譜鑒定出大量染色質富集型RBP
圖2 染色質富集型RBP 在DNA/RNA水平分布特征
通過在人臍帶血來源CD34+造血干祖細胞（HSPCs）中敲低/過表達野生型及RNA結合功能缺陷突變體，作者證明了QKI5可以不依賴于RNA結合的方式促進單核分化。機制上，通過RNase treated ChIP-qPCR實驗證明QKI5在染色質上的富集不依賴于RNA分子；并通過QKI5 ChIP motif附近的轉錄因子（TF）motif篩選結合QKI5 Co-IP質譜分析，證明QKI5不通過相關TF的募集結合染色質。進一步，作者進行了DNA EMSA實驗，在體外證明QKI5可直接結合DNA，又同時通過nuclear run-on實驗，在體內證明QKI5可控制靶基因的轉錄起始，結合靶基因新生成轉錄本檢測，揭示QKI5可直接結合染色質促進下游基因轉錄。最后，作者通過雙熒光報告實驗及Rescue實驗，證明QKI5可通過調控靶基因例如CXCL2的轉錄（圖3），促進單核分化進程。
該研究描繪了造血細胞中RNA結合蛋白的細胞核內分布圖譜，系統性篩選出染色質富集型RBP，為后續核內RBP研究提供了開放性高通量數據資源；并首次鑒定出QKI5直接結合染色質促進轉錄的新機制，豐富了研究者對血液系統RNA結合蛋白功能機制的認識。
圖3 QKI5通過促進下游靶基因表達調控單核分化進程
本研究工作得到中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程（2018-I2M-1-001、2019-I2M-2-001）等項目的資助。基礎醫學研究所的余佳教授、王芳教授、王小爽副研究員是本文的通訊作者。基礎醫學研究所任悅博士、霍悅博士生、李衛倩博士為本文的共同第一作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s13059-021-02508-7
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