01 研究背景视网膜母细胞瘤蛋白RB是首个被分子鉴定的肿瘤抑制蛋白。其经典功能是在细胞周期G1期通过结合并抑制E2F转录因子家族阻止促进细胞增殖的基因表达。当细胞接收到生长信号时周期蛋白依赖性激酶CDK磷酸化RB使其失活并释放E2F从而驱动细胞进入S期。这一“RB-E2F”轴是细胞周期调控的核心环节。随着研究的深入人们发现RB可能具有超越调控E2F的“非经典”功能。此前的研究已观察到RB可与不同类型的顺式调控元件如增强子和绝缘子结合且RB对细胞核形态有影响但RB是否通过调节染色质三维结构特别是黏连蛋白依赖的DNA loop来行使非经典转录调控功能尚不明确。2026年4月美国麻省总医院癌症中心和哈佛医学院Massachusetts General Hospital Cancer Center and Harvard Medical School研究团队于Nature Communications发表题为“RB loss modulates chromatin organization by regulating cohesin-dependent loops and enhancer-promoter interactions”的研究成果。该研究采用Micro-C和HiChIP技术系统研究了RB在染色质三维组织中的新角色揭示了一个此前未报道的RB功能它通过促进黏连蛋白Cohesin从绝缘子位点释放来减少TAD边界的绝缘作用从而增强增强子-启动子互作最终激活数百个非E2F靶基因的表达。图1 文章信息和机制模式图02 研究设计与方法概述2.1 核心实验模型hTERT‑RPE1人视网膜色素上皮永生化细胞。2.2 实验分组两种互补的干预策略为了区分RB在细胞周期调控和染色质结构调控中的作用研究设计了两组实验实验组1持续活化型RB过表达RBΔCDK。用多西环素诱导表达一种不能被CDK磷酸化的、持续活跃的RB突变体RBΔCDK 处理24h细胞停滞于G0/G1期72h永久退出细胞周期并出现染色质弥散用于探究非磷酸化RB对核结构、染色质的影响。实验组2RB长期缺失RBKO。使用CRISPR/Cas9技术敲除RB1基因先通过接触抑制使细胞同步在G1期再经胰酶处理释放进入S期用来区分RB本身功能与细胞周期改变对染色质结构的不同作用。2.3 组学技术Micro-C、HiChIPH3K27ac、ChIP-seq黏连蛋白核心亚基SMC3、CTCF、RB、E2F1、各种组蛋白修饰、ATAC-seq、RNA-seq、scRNA-seq。03 研究结果3.1 RB是染色质组织的全局调节因子关于RB活性增加RB-CDK的影响Micro-C分析显示表达持续活跃的RB导致远距离染色质接触概率s 3 Mb发生明显变化具体表现为B compartment通常代表异染色质向邻近区域扩散并且B compartment内部空间距离增加。这与显微镜下观察到的“异染色质分散表型”相一致证实了RB活性增强会重塑核区隔。关于RB缺失RBKO的影响相反在G1期同步的细胞中RB缺失主要影响短距离染色质互作。这一尺度正是黏连蛋白依赖的DNA loop形成的尺度。具体而言RBKO导致接触概率衰减曲线更陡峭表明DNA loop的形成发生了改变。RB缺失使黏连蛋白依赖的DNA loop数量增加了40.5%且loop的平均长度增加了约16.4 kb。同时TAD边界的绝缘强度Insulation score在RBKO细胞中显著增强。这些变化在S期细胞中并不明显说明此效应是G1期特异的。RB在G1期负调控黏连蛋白依赖的DNA loop的形成和大小。图2 G1期RB缺失特异性改变黏连蛋白依赖的loop数量、loop大小及TAD边界强度3.2 RB和黏连蛋白在全基因组层面共定位研究通过ChIP-seq发现RB的结合位点与SMC3黏连蛋白的结合位点在基因组上高度重叠。这种重叠在CTCF结合的绝缘子位点最为显著超过99%的RB结合绝缘子也结合SMC3。与启动子Promoter和增强子Enhancer相比绝缘子上的RB与SMC3共定位程度最高。此外RB结合区域的染色质开放性ATAC-seq信号和绝缘强度均高于非RB结合区域。RB与黏连蛋白在染色质上尤其是CTCF绝缘子位点存在明确的物理空间共定位提示RB可能直接参与调节黏连蛋白在该处的功能。图3 RB结合的染色质位点同时存在黏连蛋白组分SMC3且该区域染色质绝缘性增强3.3 RB促进黏连蛋白从CTCF位点释放该研究检测了不同细胞周期阶段G1、S、M期的SMC3结合情况。在M期有丝分裂期正常情况下黏连蛋白会在前中期从染色体臂上被大量移除。然而在RB缺失的细胞中这种移除过程受到阻碍。在同步于前中期的RBKO细胞中SMC3在CTCF绝缘子位点的结合信号平均增加了57.6%。在G1期这种“多余的”黏连蛋白结合没有被完全清除而是持续保留到G1期。G1期RBKO细胞中绝缘子上的SMC3信号依然高于野生型。同时研究观察到在RBKO细胞中位于绝缘子之间的非SMC3结合区域即正在被挤压的DNA loop内部的SMC3信号反而下降。这支持了一个模型RB缺失导致黏连蛋白“卡”在CTCF锚点上无法正常释放和解离。RB的正常功能是促进黏连蛋白在M期从CTCF绝缘子位点释放此效应会延续至G1期RB缺失则导致黏连蛋白在绝缘子处异常滞留。图4 RB可促进黏连蛋白从CTCF绝缘子位点脱离3.4 RB缺失导致TAD边界绝缘增强减弱增强子-启动子互作黏连蛋白在CTCF位点的滞留直接影响了TAD边界的功能。通过计算绝缘分数Insulation score研究发现SMC3信号增加最多的区域其绝缘分数也增加最多意味着TAD边界变得更加“坚固”。为了探究对转录调控的直接影响该研究进行了H3K27ac HiChIP实验。结果显示在RBKO细胞中H3K27ac标记的远距离互作Peaks数量减少了3.3倍且互作强度整体减弱。进一步分类发现无论是增强子-增强子、增强子-启动子还是启动子-启动子互作其强度在RB缺失后均下降。这种下降在跨越TAD边界的互作Inter-TAD上表现得更为显著。RB缺失导致的TAD边界绝缘增强物理上阻碍了活跃增强子与启动子之间的有效接触。图5 RB缺失减少了远端增强子-启动子相互作用3.5 RB通过此机制激活非E2F靶基因该研究筛选出一组基因其活性增强子和启动子之间存在一个或数个绝缘子。在这些基因中由于RB缺失导致绝缘子上黏连蛋白增加Cohesin gain其表达量显著低于平均水平也显著低于那些绝缘子上黏连蛋白减少Cohesin loss的基因。基因集富集分析GSEA显示受此机制调节的基因主要参与上皮间质转化EMT和细胞外基质组织。功能验证显示RBKO细胞在G1期的贴壁能力下降脱落率升高、迁移能力增强划痕愈合实验。这与前述基因表达谱的变化EMT相关基因改变一致。聚类分析显示RB作为转录激活因子促进的基因Cluster 5其中有54.5%属于“黏连蛋白增加”基因集。RB通过促进绝缘子上黏连蛋白的释放增强增强子-启动子互作从而激活了数百个非E2F靶基因的表达。这些基因涉及维持上皮细胞特征等生物学过程。图6 RB缺失会降低不结合E2F、且与黏连蛋白富集型绝缘子相关的基因表达04 小结本研究使用高分辨率Micro-C分析RB对染色质结构的影响并结合HiChIP直接量化特定类型调控元件的互作这在RB研究中较为少见。首次在分子层面证实了RB不仅能作为转录抑制子通过E2F还能作为转录激活子且其激活机制是全新的——通过调节三维染色质结构来实现。这为理解RB失活导致的肿瘤表型如转移、谱系转型提供了新的解释框架。研究发现RB介导的黏连蛋白释放主要发生在有丝分裂期但其效应会持续到G1期。这有别于经典的“激酶磷酸化”调控模式揭示了一个从有丝分裂到G1期的“记忆”机制即RB在M期的活动决定了G1期的染色质状态。对于肿瘤生物学该发现为解释RB1突变肿瘤为何具有高转移性、以及为何对某些治疗产生耐药提供了机制线索。靶向染色质结构如靶向黏连蛋白可能是治疗RB缺失肿瘤的潜在策略。针对染色质环化、TAD边界调控、增强子-启动子互作等核心科学问题菲沙基因可提供解析全基因组染色质精细互作的Micro-C、定量增强子-启动子互作的HiChIP等技术服务从实验建库到深度分析一站式助力您的三维基因组与表观遗传研究。参考文献Lee H, Gkotinakou I M, McGrath C G, et al. RB loss modulates chromatin organization by regulating cohesin-dependent loops and enhancer-promoter interactions[J]. Nature Communications, 2026.关于我们菲沙基因提供多种三维基因组和表观遗传技术服务涵盖Hi-C、Micro-C、HiChIP、Capture Hi-C 、4C-seq、ATAC-seq、ChIP-seq、CUTTag组蛋白修饰、转录因子、R-loop结构、HiCuT、WGBS、Tn5-FISH、Hi-R等。同时紧跟科研前沿推出表观图谱、泛三维基因组等全方位解决方案。至今菲沙基因已完成包括动物、植物和微生物在内的数百个物种数千个项目的三维基因组学和表观遗传学实验及数据分析服务。其中利用创新的三维基因组学技术和表观遗传学技术助力动物、植物和微生物研究成果见刊于《Nature》、《Science》、《Cell》、《Bone Research》、《Nature Cancer》、《Nature communications》等国际顶级期刊应用领域涉及到疾病分子机制、生物种质资源的育种研究、微生物的基因组结构和功能研究等。菲沙基因期待与您的深度合作