CRISPRa 筛选系统鉴定可开启染色质的转录因子

细胞命运转变伴随染色质景观的剧烈重塑：转录因子（TF）只结合其基因组motif匹配中的少数，创造出可作为细胞类型特异性增强子的新可及区域。能主动打开关闭染色质的“先导因子”概念早已确立 ^[1]，机制上也有一批深入案例——SOX2/SOX11的结构显示先导因子可借助结合能局部增加核小体DNA的可及性 ^[5]，OCT4在胚胎干细胞中塑造可及性依赖重塑因子BRG1 ^[3]，GATA3开创新增强子需要AP-1等协同TF与SWI/SNF复合物 ^[7]，Pax7的染色质开放需要非先导因子Tpit合作 ^[2]，果蝇胚胎中Zelda与体轴patterning因子之间呈现层级关系 ^[6]，CHD4则通过在motif上定位核小体来编辑TF的位点选择 ^[8]。但对约1600个哺乳动物TF而言，除少数经典案例外，哪些因子在新表达时能直接或间接启动新可及位点、为何只有部分motif位点获得可及性，一直不清楚。

为此，作者用pooled CRISPR激活（CRISPRa）在小鼠胚胎干细胞（mESC）中把内源TF上调至生理水平：先针对240个发育TF筛选转录响应，选出60个，再在约14万个单细胞中同时测量基因表达与染色质可及性。结果显示不同TF采取不同策略：Cdx2、Sox10等似乎能独立开启新可及性，主要发生在mESC中原本关闭、却与后续发育中细胞类型特异性增强子重合的远端位点；另一些则依赖“co-TF”，或利用mESC的预存异质性（如在Tfap2c+细胞中上调Grhl1，开放同时携带两因子motif的位点），或通过层级激活（上调Sox7进而上调Gata6，开放含任一或两因子motif的位点）。

相比以往多以单一或成对因子为主的机制刻画 ^[2][3][7]，这项工作在统一平台、生理表达水平与单细胞分辨率下并行比较了众多TF，表明一个新表达TF能否打开染色质，强烈取决于它落入的细胞类型、细胞状态与基因调控网络；这些依赖关系决定哪些位点被使用、哪些命运可达，并可能解释一致性motif几乎相同的TF为何行为迥异——这与先导因子需与伙伴合作 ^[2]、以及CHD4等在TF之外编辑位点选择 ^[8] 的既有观察相呼应。何况在mESC中，维持多能性的Oct4与Sox2本身也编排着胚层命运选择 ^[4]，起点状态的分量不难想见。

当然，实验仅在mESC一种系统中进行，240个筛选、60个深度刻画也只覆盖约1600个哺乳动物TF的一小部分；为何仅部分motif位点获得可及性的分子细节，以及这些依赖关系在其他细胞类型与体内发育、稳态和疾病情境中是否普遍成立，仍待进一步系统绘制。