生物通報道  來自清華大學、南京大學及約翰霍普金斯大學等處的研究人員，利用CRISPR/Cas9基因組編輯技術揭示出在胚胎干細胞分化過程中lncRNA Haunt和它的基因組位點（Genomic Locus）在調控HOXA基因的激活中發揮了相反的作用。這一重要的研究發現發表在《細胞干細胞》（Cell stem cell）雜志上。

清華大學973項目首席科學家沈曉驊(Xiaohua Shen)是這篇論文的通訊作者。其主要研究方向是運用跨學科生物手段，包括小鼠遺傳學，分子及細胞生物學和基因組及疍白組學等系統生物學技術，研究表觀遺傳學機理在干細胞分化，細胞功能和命運決定中的作用。

胚胎干細胞(ESC)是最為原始的干細胞，它來源于哺乳動物囊胚的內細胞團，具有無限的自我更新能力，同時，這種細胞是多能干細胞，能夠分為三胚層中任何一種細胞類型。胚胎干細胞具有廣泛的應用前景，是當前生命科學研究領域的重要方面。胚胎干細胞的自我更新和多向分化都是在遺傳和表觀遺傳的嚴格調控下進行。

長鏈非編碼（lncRNAs）是一類長度大于200個核苷酸、缺少特異完整開放閱讀框、無蛋白質編碼功能的RNA。有研究證實，一些lncRNAs可順式介導局部基因表達，反式影響多個基因轉錄，并充當了維持染色質結構的支架。在功能上， lncRNAs調控了包括X染色體失活、基因組印記、細胞周期調控等不同的生物學過程。近期的一些研究表明，lncRNAs也參與調控了ESC生物學的各個方面包括ESC的定向分化，但當前對于特異lncRNAs的功能以及它們的分子作用機制仍知之甚少。

CRISPR/Cas9系統是近年來興起的一種強大的基因組編輯工具，這一系統是通過細菌的II型規律成簇的間隔短回文重復(CRISPR)序列和它自身一種非常高效的Cas9核酸酶，來靶向目的基因造成特異的雙鏈斷裂(DSBs)而有效地引起基因組改變或突變（延伸閱讀：華人學者技術突破：將CRISPR應用于分子克隆 ）。

在這篇文章中研究人員借助于CRISPR/Cas9技術開展研究，證實了在ESC分化過程中lncRNA轉錄物Haunt和它的基因組位點在調控HOXA基因簇中發揮了獨立且相反的作用。他們證實在減少或是增加Haunt的表達，而不破壞Haunt基因座的情況下，可分別導致HOXA基因上調或下調。與之相反，在Haunt基因座中進行大片段基因組刪除可以抑制HOXA激活。他們發現Haunt基因座包含了HOXA激活的潛在增強子，而Haunt RNA發揮作用阻止了異常的HOXA表達。

這項研究工作為我們建立了一個lncRNA介導對HOXA基因簇轉錄調控的多面模型，揭示出一個lncRNA轉錄物和它的基因組位點之間相反的作用，并顯示了快速的CRISPR/Cas9基因組編輯在解析lncRNA功能方面具有的強大能力。

（生物通：何嬙）

作者簡介：

沈曉驊

2011年 - 至今 研究員、清華-北大生命科學聯合中心
2010年 - 至今 教授、清華大學醫學院
2009年 - 2010年 講師、哈佛大學醫學院、Dana-Farber癌癥研究所和波士頓兒童醫院
2004年 - 2008年 博士后、哈佛大學醫學院、Dana-Farber癌癥研究所、波士頓兒童醫院
2003年 博士 美國密歇根大學醫學院 專業生物化學
1996年 學士 南開大學生命科學院 專業生物化學

研究興趣：多能干細胞的表觀遺傳調控

研究方向：目前主要以多能性干細胞為模型，并結合癌癥細胞和小鼠模型，研究細胞特有的調控因子（包括蛋白和非編碼RNA分子）如何與表觀遺傳調控機制（以Polycomb蛋白介導的H3K27me3為例）相互作用，指示或引導表觀遺傳酶在不同細胞、不同的染色質區域，建立不同的表觀遺傳修飾，從而選擇性地表達部分基因，最終決定細胞命運和功能。以上表觀遺傳機制的突變又如何導致人類疾病，特別是癌癥。研究成果將會提供重要的框架在系統和分子水平上認識表觀遺傳機制和非編碼RNA在基因調控、干細胞分化、發育和疾病中的作用，促進人工操控細胞命運和干細胞療法的臨床實現，并提供新穎的藥物線索治療癌癥。

生物通推薦原文摘要：

Opposing Roles for the lncRNA Haunt and Its Genomic Locus in Regulating HOXA Gene Activation during Embryonic Stem Cell Differentiation

Long noncoding RNAs (lncRNAs) have been implicated in controlling various aspects of embryonic stem cell (ESC) biology, although the functions of specific lncRNAs, and the molecular mechanisms through which they act, remain unclear. Here, we demonstrate discrete and opposing roles for the lncRNA transcript Haunt and its genomic locus in regulating the HOXA gene cluster during ESC differentiation. Reducing or enhancing Haunt expression, with minimal disruption of the Haunt locus, led to upregulation or downregulation of HOXA genes, respectively. In contrast, increasingly large genomic deletions within the Haunt locus attenuated HOXA activation. The Haunt DNA locus contains potential enhancers of HOXA activation, whereas Haunt RNA acts to prevent aberrant HOXA expression. This work reveals a multifaceted model of lncRNA-mediated transcriptional regulation of the HOXA cluster, with distinct roles for a lncRNA transcript and its genomic locus, while illustrating the power of rapid CRISPR/Cas9-based genome editing for assigning lncRNA functions.