Nat Commun | 沈音课题组揭示增强子介导的等位基因补偿效应 ...

Yun______毒瘾 · 发表于 2026-4-9 00:41:25

增强子（ enhancers ）作为一类重要的顺式调控元件（ c is -regulatory elements ，CREs），可以在空间和时间维度上调控基因表达模式。增强子突变会导致基因表达异常并引发多种人类疾病。比如， SHH 基因增强子 ZRS 的突变，会导致 SHH 基因的异位表达，进而引发人类多指症【1】。此外，增强子可以在表达强度上精确调控基因表达水平。遗传学研究已鉴定出大量与神经精神疾病和神经退行性疾病相关的风险基因，其中许多为剂量敏感基因【2】，这表明精确的基因表达调控对于维持神经细胞正常功能和阻止疾病发生至关重要。然而，增强子如何精确调控剂量敏感基因的表达，还有待深入研究。
2026 年 3 月 25 日，加州大学旧金山分校（ University of California, San Francisco ）沈音课题组在 Nature Communications 杂志上发表了题为 CRISPR tiling deletion screens reveal functional enhancers and allelic compensation effects (ACE) on SIN3A transcription 的论文，报道了一种新型的转录调控机制：增强子介导的等位基因补偿效应。该研究发现，一条等位基因上增强子缺失造成的基因表达水平下降，可以诱发另一条完整等位基因的转录活性增强，发挥补偿作用，从而维持基因总体表达水平保持不变。

为了深入解析神经精神疾病风险基因的调控机制，作者利用高通量 CRISPR 平铺式敲除筛选（ CRISPR tiling deletion screening ）【3】，在人类 iPSC 诱导的兴奋性神经元中，成功鉴定到四个剂量敏感基因（ APP 、 FMR1 、 MECP2 和 SIN3A ）的功能性增强子。

图 1 ：高通量 CRISPR 筛选流程。
然后，为了检验筛选结果的可靠性，作者利用 CRISPR 敲除对位于不同位置的增强子进行了大量验证。得益于本研究中构建的双报告基因细胞系（同一个靶基因的两条等位基因分别携带不同荧光蛋白），在 SIN3A 验证实验中，作者发现敲除一条等位基因上的增强子，会导致同一条等位基因上 SIN3A 表达量下降，但是另一条等位基因上 SIN3A 表达量却出现了明显上升。进一步通过深度测序和 RT-qPCR ，作者发现增强子敲除细胞中 SIN3A 的总体表达水平维持在与野生型细胞相当的水平。作者将这一发现命名为等位基因补偿效应（ A llelic compensation effects ： ACE ，即扑克牌中的 A ）。
接下来，为探究增强子缺失引发 ACE 的分子机制，作者对增强子敲除后 SIN3A 表达水平进行了动态跟踪分析。结果显示， SIN3A 的下降水平与另一条等位基因上 SIN3A 上升水平呈现正相关。当 SIN3A 表达水平接近触发单倍体剂量不足的阈值时， ACE 的作用最为强劲。随着 SIN3A 总体表达水平逐渐接近野生型水平， ACE 的速率逐渐降低。此外，这种等位基因补偿效应在 iPSC 分化形成神经元的过程中稳定存在，而且一旦建立，无法通过表达外源性 SIN3A 来进行逆转。进一步通过报告基因和 ChIP -qPCR 实验，作者证实 SIN3A 启动子可以感知 SIN3A 水平并启动 ACE 过程。更为重要的是，本研究中的 ACE 模型可以解释临床突变的致病性。携带 SIN3A 位点大片段缺失的患者，由于 SIN3A 启动子缺失，无法启动 ACE ，导致 SIN3A 表达水平降低，最终诱发 Witteveen-Kolk 综合征（ WITKOS ）。但是， SIN3A 增强子部位的缺失，由于 ACE 的作用， SIN3A 的总体表达水平不变，因此属于良性突变。

图 2 ：增强子缺失诱导 ACE 的工作模型。
最后，为了进一步探究 ACE 的广谱性，作者进行了全基因组预测。最终，在人类和小鼠中分别找到了 279 个和 180 个候选基因。结合临床数据和基因剂量敏感图谱，作者发现人类候选基因在单倍剂量不足方面显著富集。这些预测结果提示， ACE 可能是一种在剂量敏感基因中广泛存在的基因调控机制。
加州大学旧金山分校沈音（ Yin Shen ）教授为本研究通讯作者。本研究受到加州大学圣地亚哥分校的任兵（ Bing Ren ）教授课题组、 WEI Wang 教授课题组的大力支持。沈音教授课题组众多成员也为本研究做出了重要贡献。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-70933-y
制版人：十一
参考文献
1. Lettice, L. A. et al. A long-range Shh enhancer regulates expression in the developing limb and fin and is associated with preaxial polydactyly.Hum. Mol. Genet.12, 1725–1735 (2003).
2. Collins, R. L. et al. A cross-disorder dosage sensitivity map of the human genome.Cell185, 3041–3055.e25 (2022).
3. Diao, Y. et al. A tiling-deletion-based genetic screen for cis - regulatory element identification in mammalian cells.Nat.Methods14, 629–635 (2017).
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