在高等生物系统中，基因表达水平的高低具有细胞特异性，适宜的基因表达水平对细胞的生长、分化和发育有着非常重要的影响。相关的基因表达调控机制通常被认为与增强子有关。增强子与启动子之间可相互结合并形成DNA环状结构，转录因子通过与增强子结合进而可以影响到启动子对转录的调控。但是，目前对增强子-启动子间形成结合有关联的蛋白还了解很少。近日，A.S. Weintraub等人的研究团队在《Cell》期刊上发表了最新的研究成果，认为YY1（Yin Yang 1）蛋白是增强子-启动子间相互结合的调控因子，而这一过程在哺乳动物系统的众多基因中可能是普遍存在的表达调控机制。
已有证据表明：转录辅助因子（如Mediator）、染色体结构维持蛋白复合物（如Cohesin）、DNA结合蛋白（如CTCF）有利于染色体间相互结合的发生。其中，CTCF蛋白结合到染色体的锚点上，可使两个锚点间的染色体形成环状结构，成为拓扑关联域（Topologically associating domains, TADs）。CTCF蛋白与CTCF蛋白间相关结合形成二聚体，这一现象较普遍地存在于染色体形成环状结构的过程中。这让作者猜测在增强子与启动子间形成环状结构时，很可能有与CTCF蛋白类似的调控蛋白存在。
在小鼠胚胎中，通过染色质免疫共沉淀-质谱技术（Chromatin immunoprecipitation with mass spectrometry, ChIP-MS）作者检测到有26个转录因子可同时结合到增强子和启动子上，4个转录因子（CTCF、YY1、NRF1和ZBTB11）经CRISPRcell-essentiality screen方法鉴定为细胞必需蛋白，而其中2个转录因子（CTCF、YY1）依据Genotype-Tissue Expression (GTEx)检测数据被认为在>90%的组织中有表达。
从已有报道可知，YY1蛋白与CTCF蛋白有一些共同的特征：两者都属于锌指类转录因子，都是胚胎细胞和体细胞所必需的蛋白，都可以形成二聚体。但是，YY1蛋白倾向于与活跃的增强子和启动子结合，同时也可与某些绝缘子结合；而CTCF蛋白更倾向于与绝缘子结合。
通过Chromatininteraction analysis by paired-end tag sequencing (ChIA-PET)检测方法，作者在YY1蛋白和CTCF蛋白所结合元件的偏好性上得到了与上述报道一致的结果。利用Flag标签融合YY1蛋白和HA标签融合YY1蛋白共表达细胞，免疫共沉淀检测实验数据证实YY1蛋白可形成二聚体。同时，作者还发现YY1不仅能和DNA结合，也能和RNA结合，RNA的结合会增强YY1与相应基因表达调控元件的结合，以及YY1蛋白二聚体的稳定性。已知YY1基因在哺乳动物细胞中普遍表达，而本研究中的ChIPsequencing检测数据则进一步证实YY1不仅与增强子-启动子间的结合有密切关联，还与某些绝缘子-增强子、绝缘子-启动子间的结合偶有关联。这些与之前的报道也是一致的。
体外DNA环化检测实验表明重组YY1蛋白具有DNA结合活性，并可促进DNA形成环状结构，这一数据进一步证实YY1能够直接影响DNA间的相互结合。
利用CRISPR/Case9基因编辑技术敲除Raf1基因和Etv4基因调控元件上的YY1蛋白结合位点基序后，发现上述两基因的启动子上所结合的YY1蛋白水平都有下降，增强子和启动子间形成环状结构的比例下降，这表明YY1蛋白的结合可能介导了增强子-启动子间的结合。当在鼠胚胎组织中完全敲除YY1基因时，发现有8234个基因的表达水平出现了显著变化，其中表达水平显著上升和表达水平显著下降的基因数量几乎相等。
之前的研究报道认为YY1是胚胎正常发育所必需的。在本研究中，通过免疫组化染色和RNA-Seq技术，作者进一步发现缺少YY1蛋白会使调控细胞正常分化所需的master transcription factor出现表达缺陷。敲除YY1基因，会使具有YY1结合位点的增强子-启动子间形成相互结合的比例下降，而这些元件所调控的基因中约有60%出现表达水平显著变化。例如，YY1基因的敲除使得Slc7a5增强子-启动子间出现结合的比例下降了约50%，Slc7a5基因的表达量下降了约27%。与此类似， YY1基因敲除后Klf9增强子-启动子间的结合比例下降了约40%，Klf9基因的表达量下降了约50%。通过dCase9-YY1融合蛋白将YY1蛋白拉近到YY1结合位点附近，可使Etv4增强子-启动子间的结合比例增加，并增强Etv4基因的转录。当通过dTAG方法在鼠胚胎细胞中破坏YY1蛋白表达后，再去除dTAG化合物使YY1蛋白恢复正常水平，发现增强子-启动子间的结合频率随YY1蛋白的缺失而减少，又随YY1蛋白表达水平的恢复而上升。上述结果表明：在整个基因组层面，YY1蛋白是增强子-启动子间形成环状结构的调控因子。
所发现的这一调控机制，可以很好的解释之前文献报道过的YY1蛋白所具有的众多功能，如周边前后序列特异性的活化、抑制、分化和细胞增殖等调控功效，YY1基因单倍剂量不足引起的智力低下综合征，以及YY1基因过量表达造成的恶性肿瘤发生等。
来源：Cell：YY1 Is a StructuralRegulator of Enhancer-Promoter Loops
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