Nat Comm | 钟声/陈真联合解析糖尿病内皮细胞失调的RNA——染色质互作

来源：BioArt

糖尿病血管病变是糖尿病最危险的并发症之一，也是导致病人残疾甚至死亡的主要元凶之一。除了严格控制血糖之外，目前尚无有效的治疗措施，这与血管病变的发生机制尚不清楚有关。内皮细胞作为血管腔内侧的第一层细胞，直接受高血糖和各种炎症因子影响而造成的功能障碍，是各种糖尿病血管并发症的始动环节。

已经有大量研究表明在糖尿病状态下，内皮细胞存在明显的基因转录改变，稳态功能受损，促炎症及促纤维化等因子的基因表达上调。表观遗传改变在糖尿病并发症的发生和发展中扮演了重要的角色，尤其是染色体重塑成为近年的研究热点。最新的原位RNA-基因组相互作用图谱（iMARGI）技术可以在全基因组范围内检测细胞中所有染色体相关的RNA/DNA交互作用，阐明细胞整体的基因转录组改变及其调控机制，是很好的研究染色体重塑的工具【1, 2】。

位于洛杉矶的希望城（City of Hope）贝克曼研究所的陈真（Zhen Chen）团队一直致力于揭示内皮细胞在II型糖尿病状态下的病理变化，以及基因组、表观遗传组水平上的调控机制。她们前期的研究发现，增强子来源的长链非编码RNA（lncRNA）可通过引导染色体间的交互作用，促进内皮细胞功能的核心分子——内皮型一氧化氮合酶 (eNOS) 基因的表达【3】。

近日，陈真及其团队成员徐丽霞、骆颖筠等联合UCSD生物工程系的钟声（Zhong Sheng）及其团队成员Riccardo Calandrelli、吴玮心等，在Nature Communications刊文发表题为Stress-induced RNA–chromatin interactions promote endothelial dysfunction的研究。研究通过时间序列的iMARGI、高通量染色体构象捕获技术(Hi-C)以及单细胞转录组学(single cell transcriptome)技术，揭示了糖尿病状态导致内皮细胞功能失调状态下的整体RNA-染色体相互作用，探索了这些相互作用的改变如何影响细胞的表型和功能。

研究首先在体外使用高浓度葡萄糖（25 mM）和肿瘤坏死因子-（TNF-）与原代人脐静脉内皮细胞 (HUVEC) 孵育3天或7天，诱导内皮细胞发生间质表型转化，分析不同时间点基因转录组、染色体构象、以及RNA-染色体交互作用的变化。结果显示，在模拟糖尿病条件下的内皮细胞发生了大量的染色体间的RNA-染色体交互作用，特别是在不同染色体的超级增强子（Super Enhancer，SEs）区域。这些SEs与内皮细胞功能失调（包括炎症、细胞外基质重构、内皮细胞-间质转分化等）的关键调节基因重叠，介导了细胞的表型多样性。

在所有不同染色体间SE的相互作用中，作者深入分析了位于2号染色体上包含长非编码RNA lncRNA00607（功能未知）的SE与7号染色体上包含基因SERPINE1/PAI-1（血管内皮功能失调和许多血管疾病中的关键调节因子）的SE之间的交互作用。通过对lncRNA00607表达水平的敲低从而阻碍这一对SE的交互作用，作者观察到基因SERPINE1以及一系列促进内皮细胞功能失调的基因（如CTGF、FN等）表达水平显著下降，并相应导致内皮细胞对单核细胞黏附能力下降，以及减缓内皮细胞的衰老。

最后，作者从正常捐献者以及II型糖尿病患者内皮细胞的单细胞RNA测序结果中，印证了lncRNA00607和基因SERPINE1存在共表达现象。

综上所述，这些研究结果表明内皮细胞染色体间SEs的RNA-DNA交互作用可以促进这些SE区域内的基因转录，在糖尿病导致的多种血管内皮功能失常疾病的发生与发展过程中发挥重要的调节作用。针对lncRNA00607开发相应的小分子药物可能成为将来糖尿病血管病变有效的治疗措施。