CTCF是一種在進化上高度保守的轉錄因子，更是基因組三維架構的核心“建筑師”，負責染色質環(huán)以及拓撲相關結構域（TAD）的形成與穩(wěn)定，是基因轉錄精準調控的核心蛋白之一。其結合位點呈現出高度有序的核小體結構和DNA低甲基化特征。一個長期懸而未決的科學謎題是：CTCF結合位點與DNA低甲基化特征之間的調控因果關系。經典模型認為CTCF只能結合非/低甲基化DNA，卻無法解釋這種低甲基化景觀是如何建立與維持的。

2026年6月1日，西安交通大學第一附屬醫(yī)院嚴健教授團隊聯合南京醫(yī)科大學王曦教授、復旦大學于淼研究員、香港城市大學張亮教授在Molecular Cell發(fā)表題為NuRD-Enabled CTCF-TET Crosstalk Orchestrates Epigenome Reprogramming and Genome Architecture的研究論文。該研究破解了這一表觀遺傳領域的核心謎題，揭示了NuRD復合物在調控DNA甲基化、CTCF結合以及染色質高級結構這三個重要表觀遺傳事件中的核心作用，闡明了其通過連接CTCF、TET蛋白，維持基因組三維結構、DNA甲基化穩(wěn)態(tài)與細胞分化能力的全新分子機制，也為理解發(fā)育、腫瘤等重大疾病的分子機制提供了關鍵理論基礎。

為了在堿基分辨率下探究CTCF結合與DNA甲基化之間的關系，該研究首先開發(fā)了一種稱作G-MAT（GpC甲基化輔助追蹤）的方法，該方法依賴GpC甲基轉移酶標記CTCF結合足跡，通過亞硫酸鹽定序（Bisulfite-seq），可以在堿基分辨率水平在同一段DNA片段上同時繪制CTCF結合足跡與內源性DNA甲基化圖譜。依托G-MAT追蹤技術，研究團隊觀測到CTCF結合足跡中存在大量甲基化位點，半定量分析結果顯示CTCF結合足跡與DNA甲基化顯著正相關，二者并非彼此獨立的分子事件（圖1）。

圖1 G-MAT技術揭示CTCF結合足跡與DNA甲基化顯著正相關

為挖掘介導調控CTCF結合位點周圍DNA甲基化環(huán)境的關鍵調控因子，研究團隊運用eBioID鄰近標記質譜技術，系統(tǒng)性篩查能與CTCF發(fā)生近距離互作的蛋白分子。鄰近標記技術相較于傳統(tǒng)的免疫共沉淀，具有極高的靈敏度和信噪比。嚴健教授團隊與張亮教授團隊，曾在2020年就基于鄰近標記技術開發(fā)了名為CARPID的方法，用于高效鑒定RNA結合蛋白（參考：Yi et al., Nature Methods, 2020）。eBioID結果顯示核小體重塑與去乙酰化復合物（NuRD）多個亞基均顯著富集，然而與負責DNA甲基化的DNMT及去甲基化的TET蛋白卻未被檢測到。該結果提示，CTCF可能并不直接招募甲基轉移酶或者去甲基酶，而是有橋接因子參與其中。為此，研究團隊對TET蛋白進行eBioID實驗，質譜結果顯示三種TET蛋白的互作蛋白存在大量重疊，提示了它們功能的冗余。研究人員將TET與CTCF互作蛋白進行重疊，發(fā)現了17個潛在的橋接因子，其中包含NuRD復合物的兩個亞基MBD3和MTA2。隨后的一系列免疫共沉淀和Western結果交互證明了NuRD復合物在介導CTCF與TET1互作中的橋接作用（圖2）。

圖2 NuRD復合物是介導CTCF與TET1互作的關鍵橋接因子

接下來，研究者分別用小分子藥物BPK-25和IAA處理細胞，分別高特異地降解細胞內的NuRD復合體和CTCF蛋白。通過RNA-Seq、ChIP-Seq以及亞細胞組份分離等一系列實驗，證明了NuRD復合物與CTCF結合染色質是互相依賴的。考慮到CTCF在基因組三維結構中的作用，研究人員在NuRD耗竭細胞中進行了Hi-C、micro-C和3D-DNA FISH實驗，證實了NuRD復合物是一種全新的染色質高級結構的重要調控因子（圖3）。

圖3 NuRD復合物對染色質高級結構至關重要

同時，研究結果也顯示，NuRD和CTCF是細胞中TET去甲基酶結合染色質所必須的。研究人員在基因組特定位點，通過CRISPR強制引入CTCF的結合，建立了CTCF-NuRD-TET基因表達調控軸，即NuRD復合物通過促進CTCF蛋白與基因組的結合并介導TET去甲基化酶的招募，維持相鄰DNA的低甲基化狀態(tài)，激活鄰近基因的表達（圖4）。

圖4 CTCF-NuRD-TET表觀調控軸對干細胞分化至關重要

綜上所述，該研究開發(fā)并借助G-MAT技術以堿基分辨率破解CTCF結合與DNA甲基化的核心謎題，首次發(fā)現NuRD復合物是CTCF穩(wěn)定結合的分子橋，并建立CTCF-NuRD-TET表觀-三維調控軸，闡明CTCF如何結合甲基化DNA、維持局部低甲基化、構建三維基因組、驅動基因表達。這一發(fā)現不僅解答了“CTCF結合位點低甲基化如何建立”的核心謎題，將DNA甲基化、三維基因組結構研究，通過NuRD復合物串聯起來，為理解基因轉錄調控密碼提供了全新的關鍵信息。這些研究結果和發(fā)現也為理解NuRD功能缺陷相關疾病提供了理論基礎，未來有望為相關疾病的治療提供新的靶點與策略。

作者信息：西北大學特聘副教授孫文舉博士、西安交通大學第一附屬醫(yī)院副研究員吳楠博士、復旦大學博士研究生夏敏會為本文共同第一作者，嚴健教授、王曦教授、于淼研究員和張亮教授為共同通訊作者。同時，本研究也受到清華大學王海峰教授團隊、頡偉教授團隊、同濟大學尹貽蒙教授、香港城市大學張繼林教授團隊、西安交通大學第一附屬醫(yī)院李磊教授團隊以及西北大學陳富林教授團隊的大力協助與支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.05.010

制版人： 十一

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