Новый подход к изучению белка CTCF в биологии транскрипции
Ученые из Детской исследовательской больницы Сент-Джуд применили технологию деградации белка следующего поколения для изучения CTCF — критически важного белка, участвующего в ключевых процессах, таких как транскрипция. Исследование, опубликованное в Genome Biology, показало преимущества подхода и позволило получить новые функциональные данные о том, как CTCF регулирует транскрипцию.
Транскрипция — это процесс копирования ДНК в РНК. Её нарушение играет роль во многих типах детских раков. Изучение механизмов регуляции транскрипции открывает новые возможности для поиска терапевтических уязвимостей.
Хотя биология CTCF хорошо изучена, функции различных доменов (частей) этого белка в регуляции транскрипции оставались неясными. Один из лучших способов изучить функцию белка — удалить (деградировать) его из модели и наблюдать за изменениями.
Исследователи применили к CTCF систему деградации второго поколения — auxin-inducible degron 2 (AID2), разработанную Масато Канемаки. Эта система превосходит предыдущую (AID1), устраняя её ограничения, такие как высокая дозозависимость ауксина, вызывающая клеточную токсичность, и нецелевые эффекты.
«Мы раскрыли влияние CTCF, используя модель деградации — систему AID2, — говорит соавтор Чуньлян Ли. — С её помощью мы определили правила, управляющие CTCF-зависимой регуляцией транскрипции».
Учёные выяснили, что для регуляции транскрипции CTCF полагается не только на связывание с ДНК через узнавание мотива CTCF, но и на определённые домены, которые связываются с конкретными последовательностями, фланкирующими этот мотив. Для части генов транскрипция регулируется только когда CTCF связывается с этими специфическими последовательностями.
«Система замены» проливает свет на роль цинк-пальцевых доменов
Исследователи объединили систему AID2 с передовыми методами, такими как SLAM-seq и скрининг sgRNA, чтобы изучить, как деградация CTCF изменяет транскрипцию. Это позволило создать «чистый фон» и быстро вводить мутантные версии белка («быстрая система замены»).
Учёные идентифицировали цинк-пальцевый (ZF) домен как область CTCF с наибольшей функциональной значимостью, включая ZF1 и ZF10. Удаление этих доменов выявило геномные области, которые независимо требуют связывания этих ZF с ДНК для регуляции транскрипции.
«CTCF — многофункциональный белок, — говорит соавтор Джудит Хайл. — С помощью этой новой системы мы смогли гораздо быстрее деградировать CTCF и определить его специфические мишени. Мы смогли определить функцию этих периферических цинковых пальцев, показав, что определённые области генома зависят от связывания этих цинковых пальцев для регуляции транскрипции. Это было впервые показано в клеточной системе».
Открытая дверь для дальнейших исследований
Преимущества системы AID2 позволили вводить и отслеживать мутации, а затем изучать их последствия для связывания CTCF и регуляции транскрипции.
«Поскольку можно получить чистые данные о мутантах после деградации эндогенного белка, можно вывести сеть регуляции генов, — отмечает соавтор Мохамед Надхир Джекидель. — Это открывает дверь для различных последующих анализов, чтобы понять, как работает регуляция».
Исследование демонстрирует превосходство системы AID2 для деградации белков и важность изучения CTCF в «чистой» системе. Эта работа также открыла новые направления для исследований этого ключевого белка.