IGF2基因印迹丢失原理

上海交通大学生物化学与分子细胞生物学系，斯坦福大学医学院等处的研究人员合作完成了一项研究：“Interruption of intrachromosomal looping by CCCTC binding factor decoy proteins abrogates genomic imprinting of human insulin-like growth factor I”，揭开了胰岛素样生长因子2（IGF2）基因印迹丢失的奥秘。

这项研究工作得到了国家*、国家自然科学基金委、上海市重点学科建设项目等的支持。文章的通讯作者是斯坦福大学医学院Andrew R. Hoffman和胡继繁教授，*作者张赫是上海交通大学钱关祥教授博士研究生，受“国家建设高水平大学公派研究生出国留学项目”资助于2007年赴美国斯坦福大学进行博士联合培养，2009年授博士学位，此次发表的研究成果源自其博士论文第二部分内容，主要工作在斯坦福大学完成。参与该研究项目的人员中还包括第九人民医院葛盛芳教授研究组。

胰岛素样生长因子2（ IGF2）是一种重要的胚胎有丝分裂生长促进因子，在维持细胞正常生长过程中起关键作用，其基因表达以基因组印迹（Genomic imprinting）方式受表观遗传调控。当基因印迹丢失时，常导致IGF2过表达，并直接引起动物克隆形成与胚胎发育过程的异常以及促进肿瘤细胞的恶性生长。IGF2基因印迹丢失已经成为肿瘤发生的一个重要标志，在大肠癌中，IGF2印迹丢失甚至已经作为其早期预测的关键指标，然而，肿瘤中IGF2印迹丢失的分子机制仍不清楚。相关论文发表在《细胞生物学期刊》上。

目前认为，基因表达直接受到基因所在染色体三维空间折叠构象变化的调控。在这篇文章中，研究人员采用 “Decoy Protein”（陷阱蛋白）策略，发现Decoy CTCF通过靶向释放染色体三维空间构象，去除PRC2对IGF2启动子区H3-K27的甲基化，造成IGF2启动子区的激活，进而导致IGF2印迹丢失。这一结果阐释了IGF2染色体三维空间构象的变化直接决定了肿瘤细胞中IGF2印迹丢失，同时也给肿瘤基因治疗提供了新的靶标，具有应用价值。此外，作为一种新策略，“Decoy Protein”也将为其它重要疾病基因的调控研究提供有益借鉴。

原文出处：

The Journal of cell biology DOI： 10.1083/jcb.201101021

Interruption of intrachromosomal looping by CCCTC binding factor decoy proteins abrogates genomic imprinting of human insulin-like growth factor II.

Zhang He H,Niu Beibei B,Hu Ji-Fan JF,Ge Shengfang S,Wang Haibo H,Li Tao T,Ling Jianqun J,Steelman Brandon N BN,Qian Guanxiang G,Hoffman Andrew R AR,

Monoallelic expression of IGF2 is regulated by CCCTC binding factor （CTCF） binding to the imprinting control region （ICR） on the maternal allele, with subsequent formation of an intrachromosomal loop to the promoter region. The N-terminal domain of CTCF interacts with SUZ12, part of the polycomb repressive complex-2 （PRC2）, to silence the maternal allele. We synthesized decoy CTCF proteins, fusing the CTCF deoxyribonucleic acid-binding zinc finger domain to CpG methyltransferase Sss1 or to enhanced green fluorescent protein. In normal human fibroblasts and breast cancer MCF7 cell lines, the CTCF decoy proteins bound to the unmethylated ICR and to the IGF2 promoter region but did not interact with SUZ12. EZH2, another part of PRC2, was unable to methylate histone H3-K27 in the IGF2 promoter region, resulting in reactivation of the imprinted allele. The intrachromosomal loop between the maternal ICR and the IGF2 promoters was not observed when IGF2 imprinting was lost. CTCF epigenetically governs allelic gene expression of IGF2 by orchestrating chromatin loop structures involving PRC2