Nat Commun：肺泡毛细血管发育不良中涉及的内皮和间质 FOXF1 增强子的鉴定

背景
FOXF1基因是肺血管发育的关键转录调节因子，其突变会导致肺泡毛细血管发育不良伴肺静脉错位（ACD/MPV），这是一种致命的肺部疾病，主要影响新生儿和婴幼儿。鉴于频繁的非编码FOXF1基因缺失与这种疾病相关，识别新的FOXF1上游调控元件对于解释这一现象至关重要。在本研究中，我们利用多组学单核RNA测序和ATAC测序技术，对小鼠和人类患者的肺组织进行分析，以识别四个保守的内皮和间充质FOXF1增强子。

研究方法
我们首先从小鼠和人类患者的肺组织中提取单核，通过RNA测序和ATAC测序，分别分析基因表达和染色质开放状态。通过这些数据，我们识别出了四个保守的FOXF1增强子，其中两个是内皮细胞特异性的，另外两个是间充质细胞特异性的。随后，我们利用CRISPR/Cpf1基因编辑技术在小鼠胚胎干细胞中破坏这些增强子，并通过囊胚补偿技术进行系谱追踪，以验证这些增强子的细胞特异性。

结果
研究发现，内皮细胞特异性的FOXF1增强子能够自我激活，而间充质细胞特异性的FOXF1增强子则受EBF1和GLI1调控。这些增强子的细胞特异性在小鼠胚胎干细胞系中得到了验证，破坏这些增强子后，内皮和间充质细胞的分化和功能受到了显著影响。

具体来说，破坏内皮细胞特异性增强子导致小鼠胚胎发育过程中出现严重的血管发育缺陷，而破坏间充质细胞特异性增强子则导致肺部间质组织的发育异常。这些结果表明，FOXF1增强子在内皮和间充质细胞中的特异性调控对于肺血管和间质组织的正常发育至关重要。

讨论
本研究解决了一个重要的临床问题，即为何频繁的非编码FOXF1缺失会导致ACD/MPV这种致命的肺部疾病。我们的研究表明，这些非编码缺失可能干扰了内皮和间充质细胞特异性FOXF1增强子的功能，从而影响了这些细胞的正常发育和功能。此外，研究还揭示了EBF1和GLI1在调控间充质细胞特异性FOXF1增强子中的关键作用，为进一步理解FOXF1基因的复杂调控网络提供了新线索。

通过CRISPR/Cpf1基因编辑和囊胚补偿技术，我们不仅验证了FOXF1增强子的细胞特异性，还展示了基因编辑技术在研究基因调控元件功能中的强大应用潜力。这些方法和技术可以应用于其他基因和疾病的研究，为揭示复杂的基因调控机制提供新的工具和思路。

结论
本研究通过多组学单核RNA和ATAC测序技术，识别并验证了四个保守的FOXF1增强子，揭示了其在内皮和间充质细胞中的特异性调控机制。研究结果解释了为何频繁的非编码FOXF1缺失与ACD/MPV相关，回答了一个重要的临床问题。此外，本研究还展示了CRISPR/Cpf1基因编辑和囊胚补偿技术在研究基因调控元件功能中的应用，为未来的基因和疾病研究提供了重要参考。

总的来说，这项研究不仅深化了我们对FOXF1基因调控机制的理解，还为探索其他关键基因的调控网络提供了新方法。未来的研究应进一步探讨FOXF1基因调控网络中的其他关键因子，以期全面揭示其在肺发育和疾病中的作用。

原始出处：

Wang G, Wen B, Guo M, Li E, Zhang Y, Whitsett JA, Kalin TV, Kalinichenko VV. Identification of endothelial and mesenchymal FOXF1 enhancers involved in alveolar capillary dysplasia. Nat Commun. 2024 Jun 19;15(1):5233. doi: 10.1038/s41467-024-49477-6. PMID: 38898031; PMCID: PMC11187179.