真核生物基因组在进化上保守，但在空间层次上具有高度可塑性，由染色质环、拓扑相关结构域（topologically associating domain，TAD）等动态的染色质高维结构组成。当TAD重构介导的染色质环处于紊乱状态时，易引起染色质构象重塑，导致基因表达异常，甚至促使肿瘤发生。因此，亟需进一步发现受TAD变化调控的功能基因，并深入揭示TAD重构调控基因转录的新机制。

近日，生命科学与技术学院张赫团队在《基因组蛋白质组与生物信息学报》（Genomics Proteomics Bioinformatics）上发表了题为“Inter3D: Capture of TAD Reorganization Endows Variant Patterns of Gene Transcription”的最新研究成果，首次建立了一种名为Inter3D的新方法，利用该方法特异性地识别TAD重构介导的功能染色质环，揭示基因转录调控新模式。

Inter3D分析方法用于分析顺式转录调控元件（cis regulatory element，CRE）与基因启动子间的相互作用。TAD重构存在两种不同机制，即Intra-TAD（Mechanism 1，CTCF促进启动子–CRE相互作用）或Inter-TAD（Mechanism 2，CTCF阻碍启动子–CRE相互作用），在调控基因转录方面发挥着关键作用。Inter3D首先使用Hi-C和CTCF ChIP-seq数据集来识别CTCF介导的TAD边界变化，并结合RNA-seq数据集识别出由CTCF结合变化和TAD重构调控的显著差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs），再通过ATAC-seq数据集的叠加，在启动子远端的峰值中识别候选增强子，排除仅受三维结构而非增强子调控的假阳性靶基因。通过Inter3D方法，该研究成功计算出基于Inter-TAD（Mechanism 1）的8个癌基因和28个抑制基因，以及基于Intra-TAD（Mechanism 2）的11个癌基因和26个抑制基因。 

为了进一步检测Inter3D方法的准确性，该研究挑选了抑癌基因MYL12B和促癌基因CYP27B1。40 Kb分辨率结果显示，相较于正常细胞ARPE19，在肿瘤细胞WERI-RB1中，18号染色体上的MYL12B基因座处存在一个新生TAD（neo-TAD）边界，发生TAD分离现象，导致MYL12B启动子（P1）与其下游增强子（E1）之间染色质环特异性丢失，引起WERI-RB1细胞中MYL12B转录水平显著降低。

此外，与ARPE19细胞相比，WERI-RB1细胞12号染色体上的促癌基因CYP27B1位点发生TAD融合现象，使得CYP27B1的启动子（P2）和增强子（E2）共存于同一个TAD中，形成特异性染色质环，导致肿瘤细胞中CYP27B1转录上调。 

综上所述，该方法及其识别的靶点转录机制，为进一步理解TAD重构在癌基因和抑癌基因转录调控中的作用提供了新的见解，有望为从染色质三维构象重塑角度发现恶性肿瘤治疗新靶点提供重要线索。

同济大学丁天宜、傅沙镠与张晓宇为论文共同第一作者，同济大学刘琦、张赫为论文共同通讯作者。同时，作为同济大学对口支援井冈山大学的联合学术成果，该研究工作获得了同济大学生命科学与技术学院、同济大学附属东方医院、江西省器官发育与表观遗传重点实验室、井冈山大学附属医院临床医学研究中心、井冈山大学医学部和生命科学学院的大力支持，受到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委和上海市科委等项目的资助。

论文链接：https://academic.oup.com/gpb/advance-article/doi/10.1093/gpbjnl/qzae034/7667293