转录因子是哺乳动物细胞中一类重要的基因调控元件，很多疾病的发生都与转录因子功能失调有关。2015年，美国麻省总医院及哈佛医学院研究者联合在Science发文，公布了他们关于转录因子与基因调控元件中DNA及RNA之间互作关系最新研究成果。

       在哺乳动物中，激活的启动子和增强子很多会出现双向转录现象，虽然之前已有很多关于双向转录的模型，但这类双向转录具体功能依然未知，研究者认为双向转录中所产生的RNA可能会对转录因子与调控元件之间的互作产生影响。

哺乳动物细胞基因组内基因异向转录示意图

       为了确认这一假设，研究者选择小鼠ESC作为研究对象，使用GRO-Seq技术对该类细胞中新生转录本进行了检测，确认该类细胞全基因组范围内大量存在双向转录现象。接下来研究者选择YY1作为代表性转录因子，进一步鉴定YY1与启动子和增强子新增转录本的互作情况。YY1已被证实在哺乳动物细胞发育过程中起到重要作用，在发挥功能过程中需要结合RNA。以小鼠Arid1a基因为例，ChIP-Seq分析发现， YY1会同时结合于Arid1a的启动子和增强子，它的结合域在这两种元件内都有富集，CLIP-Seq也表明YY1与启动子和增强子区域新生RNA都有互作，在启动子处，YY1更多结合于TSS下游。

GRO-Seq结果证实在小鼠ESC中激活的启动子和增强子存在双向转录。以Arid1a基因为例，将GRO-Seq、CLIP-Seq、ChIP-Seq结果组合分析，能够发现YY1与激活的启动子和上游增强子DNA元件及新生转录本存在同时互作关系

基于以上结果，研究者假设在启动子和增强子区域产生的新生RNA可能起到稳定YY1与调控元件互作关系的功能。为了验证这一假设，研究者首先使用可逆的转录抑制剂减少这两处转录水平。GRO-Seq及ChIP-Seq结果表明，随着新生RNA的减少，这两个区域内YY1的富集程度确实出现了下降。接下来研究者使用RNase处理从ESC中提取出的染色质，染色质提取物中YY1丰度也明显下降。为了在体内证明新生RNA的功能，研究者又使用CRISPR/Cas9分别对YY1结合区域附近6个增强子进行改造，在该区域连接上60nt Arid1a基因所转录的RNA片段。ChIP-qPCR结果表面，CRISPR/Cas9编辑确实会增加增强子及启动子区域YY1的富
集。

使用DRB抑制小鼠ESC基因组转录，在启动子和增强子区域内，YY1-DNA-RNA互作明显受到抑制。图中DRB代表受到抑制，Rel代表抑制释放

Western Blot结果表明，用RNase A处理染色质后，YY1在染色质上的结合明显减少

 本项研究从DNA、RNA和蛋白质水平证实了新生RNA对于转录因子与转录调控元件互作的影响。启动子和增强子产生的新生RNA会将游离的转录因子捕获至启动子和增强子区域，而转录因子在被捕获后会进一步激活转录，产生更多新生RNA，从而形成一个正向调节反馈回路。已有研究表明，很多疾病相关序列变异都出现在增强子区域，根据这些研究成果，这种变异很可能是通过影响RNA-TF-DNA区域互作而引发疾病。

GRO-Seq实验流程图：

相关文献：Sigova A A, Abraham B J, Ji X, et al. Transcription factor trapping by RNA in gene regulatory elements[J]. Science, 2015, 350(6263): 978-981.