The study on the role of chromatin architectural protein CTCF in the control of gene expression by establishing acute CTCF depletion system in human colorectal cancer

Abstract

CCCTC-binding factor CTCF is a chromatin architecture protein that mediates long-range DNA interactions and defines topologically associated domain boundaries. In order to explore the direct role of CTCF on the transcriptional regulation in the human colorectal cancer with minimal effect of cell cycle, an auxin inducible degron (AID) system was established by integrating the miniAID-mClover3 or miniAID-Halo cassette to the endogenous CTCF locus in a human colorectal cancer cell line HCT116. The rapid and controlled depletion of CTCF in the CTCF degron system was clearly observed at the protein level as early as 1 hour after treatment with auxin. Transcriptome analysis by RNA-seq demonstrated hundreds of genes differentially expressed in CTCF-depleted cells, where the changes of gene expression were associated with characteristics of cancer such as tumor growth and metastasis. My study demonstrated that CTCF play a critical role in the tumor progression by directly regulating gene expression program in human colorectal cancer.

크로마틴 구조를 조절하는 단백질인 CCCTC-결합 인자 CTCF는 멀리 떨어진 DNA 끼리의 상호작용을 매개하고 TAD(위상적 연관 단위체)의 경계를 결정짓는다. 본 연구에서는 세포 본래의 상태에 거의 영향을 주지 않으면서 인간 대장암에서 CTCF가 전사 조절에 미치는 영향을 탐구하고자 인간 대장암 세포주인 HCT116의 CTCF 유전자에 miniAID-mClover3나 miniAID-HaloTag 카세트를 끼워 넣어 AID(옥신 유도 분해체) 시스템을 제작했다. 이렇게 제작된 CTCF degron 시스템은 식물 호르몬인 옥신을 처리한지 1시간만에 효과가 나타날 만큼 신속하며 통제 가능한 CTCF 단백질의 분해를 보여주었다. CTCF 분해 이후 RNA-seq을 통한 전사체 분석을 통해 종양 성장과 전이 등 암의 전형적인 특징과 연관된 유전자를 포함한 수백개의 유의미한 유전자 발현 변화를 확인했다. 본 연구를 통해 CTCF가 인간 대장암에서 직접적으로 유전자 발현 체계를 조절함으로써 종양의 공격성에 중요한 역할을 한다는 것을 확인했다.