2021年10月14日，中国医学科学院基础医学研究所余佳团队在Genome Biology期刊在线发表题为“A global screening identifies chromatin-enriched RNA-binding proteins and the transcriptional regulatory activity of QKI5 during monocytic differentiation” 的研究论文。该研究首次全局性描绘了造血细胞中染色质富集型RBP的分布图谱，并对其染色质结合机制进行探究，鉴定出RBP QKI5通过转录调控促进单核细胞分化的新机制。

RNA结合蛋白（RNA binding protein, RBP）通过RNA结合结构域结合RNA分子，参与RNA代谢的多个阶段，如选择性剪接、运输、修饰、编辑、翻译等，通过转录后调控模式影响多种生理病理过程。然而，已有多项研究表明RBP还可通过与染色质互作调控下游基因表达；近期一项利用ChIP-seq分析特定RBP染色质结合能力的研究显示，在K562及HepG2细胞中，某些RBP可与染色质结合，提示RBP不仅可与RNA分子结合行使转录后调控，其在染色质环境下也具有独特的调控功能。但是，目前仍未有对染色质富集型RBP的全局性描绘，并且RBP在染色质环境中的调控机制非常复杂，需发展高效且有针对性的高通量鉴定技术或策略。

作者首先利用亚细胞组分分离实验，在二种血细胞系K562和THP-1，及293T细胞中分离出染色质组分及可溶性核质组分，通过质谱分析共鉴定出257个染色质结合型RBP，其中52个RBP为三个细胞系共有，定义为染色质富集型RBP，占已注释RBP的9.6%，占染色质互作蛋白的13.8%，说明与染色质结合可能是核内RBP的固有属性（图1）。作者接下来筛选了其中造血分化相关的染色质富集型RBP，通过ChIP-seq和CLIP-seq实验对这类RBP的染色质互作机制进行探究（图2），发现造血相关染色质富集型RBP在DNA/RNA不同区域或不同基因类型的分布具有特异性，并且DNA/RNA结合偏好性也各不相同。值得注意的是，这些RBP并不在原位同时结合DNA/RNA，其RNA结合位点通常在DNA结合位点5kb以上范围，提示造血相关染色质富集型RBP不倾向在原位进行转录/转录后协同调控，而是在DNA/RNA水平相对独立地行使不同调控作用。作者进一步对这些造血相关染色质富集型RBP的转录调控作用进行分析，发现QKI5、KHSRP、 SETD1A在染色质背景下具有转录调控潜力，而QKI5调控的造血相关基因相对最为富集，且多数为单核分化相关基因，因此作者后续选择在单核细胞分化中对QKI5的功能及调控机制进行研究。

图1 亚细胞组分分离结合质谱鉴定出大量染色质富集型RBP

图2 染色质富集型RBP 在DNA/RNA水平分布特征

通过在人脐带血来源CD34+造血干祖细胞（HSPCs）中敲低/过表达野生型及RNA结合功能缺陷突变体，作者证明了QKI5可以不依赖于RNA结合的方式促进单核分化。机制上，通过RNase treated ChIP-qPCR实验证明QKI5在染色质上的富集不依赖于RNA分子；并通过QKI5 ChIP motif附近的转录因子（TF）motif筛选结合QKI5 Co-IP质谱分析，证明QKI5不通过相关TF的募集结合染色质。进一步，作者进行了DNA EMSA实验，在体外证明QKI5可直接结合DNA，又同时通过nuclear run-on实验，在体内证明QKI5可控制靶基因的转录起始，结合靶基因新生成转录本检测，揭示QKI5可直接结合染色质促进下游基因转录。最后，作者通过双荧光报告实验及Rescue实验，证明QKI5可通过调控靶基因例如CXCL2的转录（图3），促进单核分化进程。

该研究描绘了造血细胞中RNA结合蛋白的细胞核内分布图谱，系统性筛选出染色质富集型RBP，为后续核内RBP研究提供了开放性高通量数据资源；并首次鉴定出QKI5直接结合染色质促进转录的新机制，丰富了研究者对血液系统RNA结合蛋白功能机制的认识。

图3 QKI5通过促进下游靶基因表达调控单核分化进程

本研究工作得到中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2018-I2M-1-001、2019-I2M-2-001）等项目的资助。基础医学研究所的余佳教授、王芳教授、王小爽副研究员是本文的通讯作者。基础医学研究所任悦博士、霍悦博士生、李卫倩博士为本文的共同第一作者。

论文链接：https://doi.org/10.1186/s13059-021-02508-7

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