中科大单革团队在对秀丽线虫转录调控研究中取得突破性进展

日前，来自中国科技大学生命科学学院的单革教授实验室在 Developmental Cell 发表了题为 “Convergent transcriptional programs regulate cAMP levels in C. elegans GABAergic motor neurons” 的文章，报导了其实验室最新的研究成果。他们发现秀丽线虫中两个高度保守的转录因子 UNC-30 和 UNC-55，共调控包括 cAMP 通路、microRNA 和 lncRNA 等在内的数以千计的靶基因的表达，从而调控 D 型运动神经元的发育和分化。

为了获知这两个转录因子在 D 型运动神经元中的所有靶基因，该实验室首先利用 CRISPR-Cas9 技术将 GFP 分别插入到 unc-30 和 unc-55 基因的 3’末端，得到表达 UNC-30::GFP 和 UNC-55::GFP 融合蛋白的秀丽线虫，再对利用所获秀丽线虫进行 ChIP（染色质免疫共沉淀）实验。通过对原有 ChIP 实验方法进行改进和优化，克服了两个转录因子秀丽线虫中表达量小，表达时间窗口短，表达的 D 型神经元细胞占秀丽线虫细胞比例少（约占 2%）等限制性瓶颈，成功的完成了 ChIP 实验、拿到了可供高通量测序（ChIP-seq）的 DNA 样品。这也是第一次实现了在多细胞动物中原位表达水平转录因子的 ChIP-seq 实验。

研究揭示这两个转录因子各自均调控近 2000 多个基因的表达，而且非常有意思的是，它们共同调控 1300 多个编码和非编码基因的表达。这些靶基因在多个对神经元发育和可塑性具有重要调控作用的信号通路中行使功能。其中一个通路是决定环腺苷酸（cAMP）浓度的 cAMP 代谢通路。为了直接观测活体秀丽线虫细胞中的 cAMP 浓度变化，作者开创性地将用于哺乳动物细胞中检测 cAMP 水平的探针改造为在活体秀丽线虫中也可以使用工具。进一步的研究揭示这两个在动物界高度保守的转录因子通过调节神经元中的基因表达，调控了细胞中 cAMP 的浓度，进而在时间上影响 D 型运动神经元发育和可塑性的进程。另外，从全基因组水平上获得了 UNC-30 和 UNC-55 调控的靶基因，为进一步探索动物细胞中转录因子调控网络提供了重要的基础。

文章的第一作者是博士生余斌。研究得到了科技部、中科院、国家基金委、以及中科大非编码 RNA 功能及功能机理创新团队的经费支持。

原文检索：

Convergent transcriptional programs regulate cAMP levels in C. elegans GABAergic motor neurons