Activation of γ-globin expression by hypoxia-inducible factor 1α

泛素连接酶 珠蛋白 生物 转录因子 泛素 分子生物学 染色质 缺氧诱导因子 增强子 基因 基因表达 红细胞生成 细胞生物学 遗传学 医学 内科学 贫血
作者
Ruopeng Feng,Thiyagaraj Mayuranathan,Peng Huang,Phillip A. Doerfler,Yichao Li,Yu Yao,Jingjing Zhang,Lance E. Palmer,Kalin Mayberry,Georgios E. Christakopoulos,Peng Xu,Chun‐Liang Li,Yong Cheng,Gerd A. Blobel,M. Celeste Simon,Mitchell J. Weiss
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:610 (7933): 783-790 被引量:32
标识
DOI:10.1038/s41586-022-05312-w
摘要

Around birth, globin expression in human red blood cells (RBCs) shifts from γ-globin to β-globin, which results in fetal haemoglobin (HbF, α2γ2) being gradually replaced by adult haemoglobin (HbA, α2β2)1. This process has motivated the development of innovative approaches to treat sickle cell disease and β-thalassaemia by increasing HbF levels in postnatal RBCs2. Here we provide therapeutically relevant insights into globin gene switching obtained through a CRISPR–Cas9 screen for ubiquitin–proteasome components that regulate HbF expression. In RBC precursors, depletion of the von Hippel–Lindau (VHL) E3 ubiquitin ligase stabilized its ubiquitination target, hypoxia-inducible factor 1α (HIF1α)3,4, to induce γ-globin gene transcription. Mechanistically, HIF1α–HIF1β heterodimers bound cognate DNA elements in BGLT3, a long noncoding RNA gene located 2.7 kb downstream of the tandem γ-globin genes HBG1 and HBG2. This was followed by the recruitment of transcriptional activators, chromatin opening and increased long-range interactions between the γ-globin genes and their upstream enhancer. Similar induction of HbF occurred with hypoxia or with inhibition of prolyl hydroxylase domain enzymes that target HIF1α for ubiquitination by the VHL E3 ubiquitin ligase. Our findings link globin gene regulation with canonical hypoxia adaptation, provide a mechanism for HbF induction during stress erythropoiesis and suggest a new therapeutic approach for β-haemoglobinopathies. Detailed mechanistic insight into fetal globin gene induction during hypoxia-associated stress erythropoiesis provides new therapeutic approaches to treat β-haemoglobinopathies, such as sickle cell disease and β-thalassaemia.
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