基因表达是一个受到转录因子（transcription factors，TFs）紧密调节的重要生物学过程。一些TFs直接结合在启动子区域，而另一些TFs则结合在远端增强子区域发挥作用【1】。锌指蛋白143（Zinc-finger protein 143，ZNF143（人）/ZFP143（鼠））是一种序列特异性DNA结合TF，是最早在非洲爪蟾中鉴定的硒代半胱氨酸tRNA基因转录激活因子（Staf）的同源物，通过直接识别结合Staf结合位点（Staf binding site，SBS）发挥转录激活作用【2】。哺乳动物基因组分析发现上千个启动子区域存在SBS，并被ZNF143结合调节【3】。研究显示ZNF143涉及多种生物过程的调节，包括增殖、肿瘤细胞存活和胚胎发育等【4,5】。染色质结构的两个关键因子是cohesin复合体和CTCF。很多研究指出ZNF143与CTCF共定位并参与染色质成环，表明ZNF143也调控基因组结构【6-8】。尽管如此，由于既往研究基于非急性删除，ZNF143缺失对染色质结构的直接和间接效应仍不清楚。2024年12月20日，Molecular Cell杂志背靠背在线发表荷兰癌症研究所Elzo de Wit研究团队题为ZNF143 is a transcriptional regulator of nuclear-encoded mitochondrial genes that acts independently of looping and CTCF的研究文章以及美国麻省理工大学Anders S. Hansen研究团队题为Putative looping factor ZNF143/ZFP143 is an essential transcriptional regulator with no looping function的研究文章。这两项研究均鉴定ZFP143作为转录因子调节线粒体基因表达，并非既往研究认为参与染色质结构维持。首先，作者使用CRISPR-Cas9技术在mESCs的ZFP143 C末端引入FKBP12F36V-2xHA tag-eGFP，并基于degradation tag（dTAG）系统迅速敲除ZFP143。CHIP-seq揭示FKBP12F36V的引入并没有影响ZFP143与靶基因的结合。此外，免疫印迹和CHIP-seq证实dTAG-V1加入2h之后引起ZFP143的急性缺失，并因此造成ZFP143靶基因表达的降低，表明实验系统的可靠性。虽然既往研究表明ZFP143通过调节染色质环形成影响3D基因组结构，但作者通过Hi-C以及4C测序并没有发现ZFP143缺失对整体染色质环的强度或特定位点的染色质相互作用产生影响。另外，CTCF的CHIP-seq结果指出ZFP143缺失并不影响CTCF与染色质的结合，表明CTCF的结合和分布并不受ZFP143调节。总之，上述数据与既往结果并不相符，即ZFP143缺失并不影响3D基因组结构以及CTCF的结合和分布。这种不一致的结果促进作者进一步研究背后的原因。作者分析既往ZFP143和CTCF的CHIP-seq数据，发现两者重叠率高的研究均使用同一个anti-ZNF143多克隆抗体。有趣的是，基于anti-FLAG-ZNF143的CHIP-seq与anti-ZNF143的CHIP-seq结果相比，anti-ZNF143检测出的阳性CTCF结合位点并不能被anti-FLAG-ZNF143检测到。与此同时，一个定制ZNF143抗体得到的结果与anti-FLAG-ZNF143保持一致，强烈提示anti-ZNF143检测出的阳性CTCF信号是由于抗体的交叉反应。因此, ZFP143可能并不参与染色质环的形成。随后，作者关注ZFP143作为TF的作用。在mESCs中，作者使用ZFP143-HA CHIP-seq鉴定ZFP143结合的靶基因。GO分析发现这些基因主要涉及翻译、线粒体功能、细胞增殖和代谢等。这些ZFP143调节基因在鼠和人的不同细胞之间高度保守。作者使用TT-seq比较分析ZFP143缺失前后转录差异，发现ZFP143的缺失引起线粒体基因组蛋白质编码和rRNA基因均显著下降，例如氧化磷酸化复合体亚基（Ndufab1、 Cyc1和Coa3）和翻译因子（Mtrf1和Tufm）和线粒体融合因子（Dnm1l）等。然而，ZNF143缺失引起炎症和凋亡相关基因增加，表明存在压力反应。之后，作者使用质谱测序证实上述改变同样发生在蛋白质水平。总之，这些数据表明ZFP143并不参与染色质环形成，而是作为核编码线粒体基因的转录因子调节细胞能量代谢。紧接着，作者研究dTAG-V1引起的ZFP143缺失对细胞形态和增殖的影响。在处理24小时后，mESCs克隆的形态发生显著变化，尤其是72小时后圆顶状结构变为扁平化，且细胞数量明显降低。这种现象可能是由于细胞周期停滞、增殖降低和凋亡增加导致。细胞实验表明ZFP143缺失抑制细胞增殖并促进细胞凋亡。活细胞共聚焦显微成像发现ZFP143缺失引起圆形线粒体增多且相互作用减少。TMRE染色提示ZFP143缺失引起线粒体膜电位损伤。总之，上述结果表明ZFP143缺失引起线粒体失能。斑马鱼研究提示ZFP143与发育有关【9】。作者使用类原肠胚的体外胚胎模型模拟枕后胚胎发育的早期阶段研究ZFP143对发育的影响。在ZFP143-FKBP mESC细胞加入Wnt激动剂Chiron促进发育,随后在不同时间点加入dTAG-V1观察ZFP143缺失对发育的影响。结果发现实验开始后48小时和72小时诱导ZFP143缺失显著抑制进一步发育，而96小时诱导ZFP143缺失对胚胎形态发育影响较小。连续成像分析表明ZFP143缺失后24小时胚胎继续发育，但随后迅速萎缩。TMRE染色揭示ZFP143缺失引起线粒体功能缺陷。对胚胎进行ATAC-seq分析发现对照胚胎在72小时主要由干细胞组成，而96小时干细胞退出多能状态产生多种分化细胞；而48小时ZFP143缺失的胚胎在96小时仍然保持干细胞状态，表明ZFP143对于干细胞的分化是必须的。维甲酸（RA）补充则可以诱导ZFP143缺失发育缺陷的胚胎继续向神经细胞发育。之后，作者在对照细胞和ZFP143缺失细胞分别RA处理前后进行RNA-seq分析，发现RA处理的对照细胞和ZFP143缺失细胞具有相似的改变，包括干细胞相关基因下调以及RA反应和神经细胞分化相关基因的上调。这些数据支持ZFP143并不直接参与单细胞状态的干细胞分化，而是在多细胞状态下驱动组织发育。在另一篇背靠背文章中，团队使用降解子-成像标记技术、CRISPR-Cas9技术、快速单粒子示踪、荧光漂白后恢复技术和CHIP-seq同样揭示ZFP143并不参与染色质环的形成，而是作为转录因子参与线粒体和核糖体基因表达的调节，且在功能上与CTCF互不依赖。综上所述，这两项研究均指出ZFP143并非既往认为的参与染色质环形成，而是作为必要的转录因子调节线粒体功能相关基因的表达。原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.11.031
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.11.032
制版人：十一
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2. C, Schuster., E, Myslinski., A, Krol., P, Carbon.(1995). Staf, a novel zinc finger protein that activates the RNA polymerase III promoter of the selenocysteine tRNA gene. EMBO J, 14(15), 0. doi:10.1002/j.1460-2075.1995.tb00047.x
3. Richard Patryk, Ngondo-Mbongo., Evelyne, Myslinski., Jon C, Aster., Philippe, Carbon.(2013). Modulation of gene expression via overlapping binding sites exerted by ZNF143, Notch1 and THAP11. Nucleic Acids Res, 41(7), 0. doi:10.1093/nar/gkt088
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