位于-52Kb的远程增强子驱动红细胞中COUP-TFII转录因子的表达

这项研究为何重要

基因在生命过程中如何开启与关闭，是决定发育进程及某些疾病产生的关键。本研究聚焦于一个单一基因开关，该开关有助于控制出生前的造血。理解这一开关可能为科学家们提供新的途径以提高胎儿血红蛋白水平——胎儿血红蛋白可减轻镰状细胞病和β地中海贫血等疾病的症状。

在早期生命中承担多重职责的基因

这项工作围绕一种称为COUP-TFII的蛋白，编码该蛋白的基因名为NR2F2。COUP-TFII在胚胎期高度活跃，参与心脏、血管、大脑及其它器官的塑造。缺失该蛋白的小鼠在发育早期即会死亡，携带NR2F2罕见变异的人可能出现心脏和生长问题，这表明该基因在人类和小鼠中都十分重要。然而在成人组织中，COUP-TFII多数情况下保持沉默。在红细胞发育过程中，它在早期卵黄囊来源的细胞中被开启，随着机体转向成人血红蛋白产生而逐渐消失。

寻找隐藏的基因开关

由于NR2F2在不同组织和发育阶段表现迥异，作者怀疑远端DNA控制区域决定了该基因的时空表达。研究组利用整合大型公共数据库的计算工具，扫描NR2F2邻域以寻找此类控制元件（称为增强子）。在基因上游远处发现了四个强潜在候选位点。只有一个位点——位于NR2F2起始位点上游约52千个碱基——在产生胚胎和胎儿血红蛋白的红系细胞系中特异性呈现开放且活跃的染色质。当研究团队将该−52Kb片段置于基础NR2F2启动子旁进行报告基因测试时，它显著增强了基因活性，而其他候选区域则没有类似效果。

证明该开关确实存在

研究人员接着探究该−52Kb片段是否在基因组内真正控制NR2F2。他们在红系细胞中使用CRISPR基因编辑删除该区域或剪切其关键部分。结果COUP-TFII水平下降了约80%，并且与基因活性相关的化学标记在NR2F2启动子处减少。他们还发现该增强子富含多个红细胞调控因子的结合位点，并含有可形成特殊四链结构的DNA基序，这些是强增强子常见的特征。COUP-TFII自身也能结合到该位点，提示存在一种反馈回路，即该蛋白助力维持自身的表达。

与胎儿血红蛋白及对该开关的抑制之间的关联

为将该增强子与胎儿血红蛋白联系起来，团队研究了通常只产生成人血红蛋白且不表达COUP-TFII的人类红系祖细胞。在构建报告株的过程中，他们分离出罕见的亚克隆，这些亚克隆能自发开启胎儿和胚胎球蛋白。在这些亚克隆中，NR2F2被重新唤醒且−52Kb区域变得可及，这与该增强子在重获胎儿样状态的细胞中驱动COUP-TFII的设想相符。作者还关注了已知抑制胎儿球蛋白基因的ZBTB7A。−52Kb增强子携带ZBTB7A结合位点，在缺失ZBTB7A的细胞中，该增强子开放且NR2F2获得了活性标记。在高胎儿血红蛋白的亚克隆中，ZBTB7A水平降低，再次指向其作为该开关抑制因子的作用。

对未来治疗的意义

总体而言，这些发现揭示了一个此前未知的控制元件，它远离NR2F2却对在红系细胞中开启该基因至关重要。通过绘制该增强子的作用机制以及ZBTB7A如何对其进行抑制，这项研究更清晰地勾勒出将COUP-TFII与胎儿血红蛋白产生相连的调控线路。尽管仍需大量工作，但理解这一线路是朝着有朝一日安全恢复成人中胎儿血红蛋白以治疗遗传性血液疾病策略迈出的重要一步。

引用: Pastori, V., Labedz, A., Simanovich, M.A. et al. A long-range enhancer at -52Kb drives expression of the COUP-TFII transcription factor in erythroid cells. Sci Rep 16, 15295 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46308-0

关键词: COUP-TFII, NR2F2 enhancer, 胎儿血红蛋白, 红细胞, ZBTB7A