跳到主页面内容
美国国旗

美国政府的官方网站

Dot政府

gov意味着它是官方的。
联邦政府网站通常以.gov或.mil结尾。之前分享敏感信息，确保你在联邦政府政府网站。

Https公司

该站点是安全的。
这个https：//确保您连接到官方网站，并且您提供的任何信息都是加密的并安全传输。

访问密钥 NCBI主页 MyNCBI主页 主要内容 主导航
.2019年11月7日；76（3）：395-411.e13。
doi:10.1016/j.molcel.2019.07.039。 Epub 2019年9月12日。

CTCF中一个RNA结合区的缺失揭示了不同类别的染色质环

安德斯·汉森 1, Tsung-Han S Hsieh先生 2, 克劳迪娅·卡托利奥 2, 艾丽娜·普斯托瓦 2, 里卡多·萨尔达纳·梅耶 三, 丹尼·雷因伯格 三, 泽维尔·达尔扎克 4, 钱泽南 5
附属公司

CTCF中RNA-结合区的缺失揭示了不同类别的染色质环

安德斯·汉森等。 分子电池. .

摘要

哺乳动物基因组折叠成拓扑关联域（TAD），由CTCF和凝集素锚定的染色质环组成。一些循环是特定于细胞类型的。在这里，我们询问CTCF环路是由通用机制还是特定于位置的机制建立的。研究CTCF聚集的分子决定因素，我们发现体外CTCF自结合是核糖核酸酶敏感的，并且内部RNA-结合区域（RBR我)调节体内CTCF聚集和RNA相互作用。引人注目的是，删除了RBR我损伤mESCs中约一半的染色质环，并导致基因表达失调。环路形成中断与RBR的聚集和染色质结合减少相关我突变CTCF，这反过来导致未能阻止凝集素介导的挤压。因此，CTCF循环至少分为两类：RBR我-独立和RBR我-相关回路。我们推测RBR的证据我-依赖环可能为建立细胞特异性CTCF环提供了分子机制，可能受RNA或其他RBR的调节我-互动合作伙伴。

关键词：CTCF；Micro-C；RNA；TAD；凝集素；基因组组织；回路；环件挤压；超分辨率成像。

PubMed免责声明

利益冲突声明

权益声明

D.R.是Constellation Pharmaceuticals和Fulcrum Therapeutics的联合创始人。所有其他作者都声明没有相互竞争的利益。

数字

图1。
图1.CTCF以RNA-依赖方式的自我交互
（A） 内生双标记mESC克隆C62中CTCF结构域概述。（B） WT-mESCs和C62细胞株总细胞裂解物的Western blot。3xFLAG-Halo-CTCF和V5-SNAP（f）-CTCF的表达方式类似，加在一起大致等于WT细胞中的CTCF水平。（C） 代表性coIP实验表明RNA-依赖的CTCF自我作用。顶部：V5 IP，其次是FLAG免疫印迹法，用于测量自coIP效率（装载的IP材料总量的90%）；底部：V5 IP，然后是V5免疫印迹对照，以检测IP效率（剩余10%的IP样品装载量）。（D） V5 IP效率归一化后的CTCF自coIP效率。误差条表示SD；n=2。另请参见图S1A-S1E。
图2。
图2.CTCF RBR我区域中介CTCF集群
（A） mESC克隆C59（Halo-WT CTCF）和C59ΔRBR中的CTCF域我（光晕-ΔRBR我CTCF）。（B） 来自JM8.N4 WT mESCs、C59和C59ΔRBR的总细胞裂解物的蛋白质印迹我WT-CTCF和ΔRBR我-CTCF具有相同数量的氨基酸，但ΔRBR我-CTCF在BisTris SDS-PAGE中运行稍慢。（C） 流式细胞术测量活C59 Halo-WT CTCF和C59ΔRBR中Halo-CTCF的丰度我TMR标记后的mESCs。（D） C59 Halo-WT CTCF和C59ΔRBR的生长测定我mESC。在（C）和（D）中，误差条表示平均值和SE（n=4）。（E）体外RNA结合测定。安在体外-人类WRAP53 mRNA转录片段(hWRAP53型，核苷酸1–167）与重组（r-）WT-或ΔRBR孵育我-CTCF蛋白（见STAR方法）。回收的RNA在尿素变性凝胶上运行，并用SYBR金染色；回收的蛋白质在SDS-PAGE上运行并用PageBlue染色。左图：代表性实验（复制品如图S1J所示）。右：WT-与ΔRBR的RNA结合效率我-CTCF在三个实验中取平均值，用回收的蛋白质进行标准化。（F） WT-CTCF和ΔRBR的PAR-CLIP我-CTCF mESCs公司。左：输入和CTCF-IP的western blot。右：放射自显影32输入的P标记RNA和CTCF-IP。（G和H）Halo-WT CTCF（G）和Halo-ΔRBR的代表性PALM重建我CTCF（H）。（一） 里普利的L（左）WT-CTCF（52个单元）和ΔRBR的功能我-CTCF mESCs（46个细胞）（平均值和SE）。（J） mESC菌落的典型共焦显微照片。Halo-WT CTCF和Halo-ΔRBR我用500 nM Halo-TMR染料标记CTCF mESC，并使用蔡司LSM 710激光扫描共聚焦显微镜进行可视化。另请参见图S1。
图3。
图3ΔRBR中的隔室基本不变我-CTCF mESC系统
（A） WT-CTCF和ΔRBR中多分辨率的Micro-C接触矩阵或映射概述我-CTCF mESCs公司。接触矩阵归一化：迭代校正和特征向量分解（ICE）；色阶：日志10（B）染色体分区的比较。以ICE平衡接触图、皮尔逊相关矩阵和100 kb分辨率下第一主成分的特征向量分析为例，显示了Chr17处的格子状染色体分区，没有显著差异。（C） 划分强度的鞍形图。显示100 kb箱子之间的平均距离正常接触频率顺式具有递增特征向量值（log2). 左上角和右下角：B-B和A-A隔间之间的接触频率。右上和左下：部门间互动的频率。（D） 全基因组接触概率标度图，显示相互作用密度（每bp百万次读取2)基因组距离为100 bp至100 Mb。WT-CTCF和ΔRBR的生物复制我-CTCF mESC在-1的斜率处重叠和衰减，如Lieberman-aiden等人（2009年）所述。由于片段自我测试引入的潜在伪影，我们没有考虑低于100 bp的读数。
图4。
图4.TAD组织结构在ΔRBR中发生变化我-CTCF mESC系统
（A） ΔRBR中TAD边界破坏示例我-CTCF mESCs公司。针对Chr18:3M–18M绘制的绝缘得分曲线快照、45°旋转接触图和差分接触矩阵（从上到下）。使用200 kb的滑动窗口以20 kb的分辨率计算绝缘分数。绝缘分数越低，绝缘强度越强。黑色箭头：ΔRBR中的绝缘损失示例我-CTCF mESCs公司。绿色箭头：未受影响的绝缘体。差分接触矩阵由归一化ΔRBR的减法生成我-CTCF矩阵到WT-CTCF矩阵。蓝色表示ΔRBR中的TAD较弱我-CTCF mESCs公司。红色表示“漏气”，即TAD绝缘损失（黑色箭头）。（B） TAD的尺寸分布（边界或隔离区）。插图：维恩图。ΔRBR我-CTCF mESC失去WT-CTCF mESC中确定的3666个绝缘体中的1474个。（C） TADs的聚合峰值分析。WT-CTCF mESC中的TAD通过附加的TAD调用算法（箭头）识别，并在图的中心用ICE归一化（左）或距离归一化处理（右）重新缩放和聚集（n=4448）。WT-CTCF显示在上半部，ΔRBR我-CTCF显示在下半部。（D） 绘制了全基因组平均绝缘与绝缘中心周围距离的关系图。ΔRBR中的绝缘强度较弱我-以WT绝缘子为中心时，CTCF mESCs，但以ΔRBR为中心时无明显变化我-CTCF绝缘子。（E） 浏览器曲目。中所示箭头（a、b和c）周围的快照区域（~200 kb）显示为CTCF和cohesin（Smc1a）ChIP-seq数据。（a） 和（b）ΔRBR中绝缘层严重损耗的显示区域我-CTCF mESCs，（c）显示了一个几乎没有影响的区域。蓝色箭头表示ΔRBR中Smc1a峰值损失的示例我-CTCF mESCs，并且粉红色箭头指示Smc1a峰值的增益或偏移的示例。另请参见图S2–S6。
图5。
图5ΔRBR中环和条水平的基因组组织发生改变我-CTCF mESC系统
（A） 显示WT-CTCF与ΔRBR中单个环路强度的散点图我-CTCF mESCs公司。在WT-CTCF mESCs中共鉴定出14372个环路，错误发现率<0.1。回路强度计算为对数2在1、5或10kb分辨率下，中心像素比预期的左下像素丰富。（B） 显示受影响循环的饼图。ΔRBR中约8189个回路减少了至少1.5倍，5490个回路减少至少2倍我-CTCF与WT-CTCF mESC的比较。（C） 回路的聚合峰值分析。调用的循环以1 kb的分辨率聚集在50 kb窗口的中心。全基因组平均环富集通过折叠富集（中心像素/预期左下像素）计算。（D） 不同CTCF环路类型的四个代表性基因组区域的快照。在WT-CTCF和ΔRBR的顶部和底部面板上绘制了放大接触图我-CTCF mESC。覆盖CTCF和cohesin（Smc1a）ChIP-seq数据。从左到右，显示了RBR的示例我-独立循环和两种RBR子类型我-相关循环（有两个循环类型1的CTCF和cohesin绑定部分和完全丢失的示例）。（E） 聚集图以顶部CTCF峰值为中心。使用±600kb窗口将接触矩阵聚集在顶部10000个CTCF ChIP-seq峰周围。WT-CTCF mESC显示在图的上半部分，ΔRBR我-CTCF mESC显示在下半部分。红色箭头表示条纹或火焰。绿色箭头和白色虚线表示绝缘强度。（F） 条纹长度的量化。条纹富集度以对数计算2观察到的超预期接触的比率。显著富集被定义为2倍富集，标记为图中的灰色虚线。（G） 特定区域的代表性接触图显示ΔRBR中的细长“条纹”或“火焰”我-CTCF mESCs公司。（H） 回路拉伸草图。假设环挤压，CTCF边界子集丢失可能导致更长条纹的推测性说明（Fudenberg等人，2017）。另请参见图S4和S6。
图6。
图6..ΔRBR我-CTCF仍与凝聚力相互作用，ΔRBR中的环路丢失我-CTCF-mESC具有较少的CTCF和内聚蛋白结合
（A） CoIP实验表明ΔRBR我-CTCF仍与凝集素相互作用。CTCF抗体可以降低WT-和ΔRBR中的Rad21凝集素亚单位我-CTCF mESCs公司。（B） CTCF和Smc1a-ChIP-Seq信号（deepTools RPGC[readsper genomic content]）在WT-CTCF峰值附近的热图，如MACS2所述，按ΔRBR排序我-CTCF峰值强度。（C） 微分环强度的聚合峰值分析。根据WTCTCF和ΔRBR之间的回路强度差异，将回路分为四个四分位我-CTCF mESCs公司。每个四分位中总共有2974个循环聚集在50 kb窗口的中心，并如上所述进行量化。（D） 环锚处ChIP富集的累积分布函数（CDF）曲线。CTCF和Smc1a ChIP信号量化为对数2环锚周围富集±250bp。（E）k个-表示Q1环锚中CTCF和凝集素（Smc1a）ChIP-seq数据的聚类分析。过滤后的Q1环路锚固点使用k个-意味着聚类(k个= 3). 聚类分析输出被绘制为内核平滑直方图。图S5E显示了在±3 kb区域中心具有峰值的热图。（F） 通过ChromHMM分析富集环锚的基因组特征（Bogu等人，2015）。热图显示日志2每个染色质状态下的环锚富集。Q1环在大多数染色质状态下基本耗尽，在H3K27me3染色质中仅略微富集。另请参见图S5-S7。
图7。
图7ΔRBR中的基因表达改变我-CTCF mESCs和CTCF RBR作用的推测模型我
（A） 火山图比较ΔRBR中的基因表达我-CTCF mESCs对抗WT-CTCF mESCs，通过RNA-seq测量，然后用edgeR和DeSeq2进行差异表达分析。绘制的是边缘R p值和折叠变化。灰点，CTCF RBR后基因未改变（NC）我删除；蓝点，ΔRBR中edgeR和DeSeq2均称为下调（DOWN）的基因我-CTCF mESCs；红点，ΔRBR中edgeR和DeSeq2上调的基因我-CTCF mESCs（参见STAR方法）。edgeR折叠变化（FC）平均值和中位数是针对下调（蓝色）和上调（红色）基因指定的。表S2中的全面分析。（B） 对于ΔRBR中的每个差异调节基因（DOWN或UP）我-CTCF mESCs，我们测量了从其转录起始位点（TSS）到WT mESC中最近被破坏的Smc1a（称为ChIP-seq峰）的碱基对距离（并将结果绘制为累积分布函数[CDF]）。作为对照，我们随机选择了五组，每组约500个未改变的基因（未改变[NC]）。图S7中具有单个数据点的散点图。（C） 与（B）相同，但绘制到最近的Q1环锚的距离。图S7中具有单个数据点的散点图。（D） 显示两个基因的三个基因组区域的快照(第4列，第2a1列)上调与一个基因(免疫球蛋白8)ΔRBR下调我-CTCF mESC与WT-CTCF mESC的比较（更多示例见图S7）。RNA-seq轨迹被绘制出来（顶部），解除管制的基因被黑色箭头标记。ΔRBR中的折叠变化（FC）我-还规定了CTCF mESC与WT-CTCF mESC。蓝色基因从“正”链转录而来，红色基因从“负”链转录。以1kb（右、左）或2kb分辨率（中）放大联系人地图。箭头突出显示中断的循环。覆盖CTCF和cohesin（Smc1a）ChIP-seq数据，箭头指向ΔRBR中中断的右回路锚我-CTCF mESCs公司。ChIP-seq和RNA-seq单位：按基因组内容读取（deepTools RPGC）。（E） CTCF集群草图。我们观察到CTCF自结合对核糖核酸酶敏感在体外CTCF聚类部分由其RBR介导我 体内因此，我们的结果与CTCF-RNA直接相互作用（左）和间接相互作用（可能由未知因子X介导）一致。（F）两种类型的CTCF环。我们对ΔRBR的分析我-CTCF mESC揭示了至少存在两类CTCF循环：RBR我-从属和RBR我-独立回路。（G） CTCF聚类是否有助于阻止挤出凝聚素？推测模型认为，其他较小的CTCF蛋白的聚集可能有助于有效阻断挤压凝集素。（H） 分化过程中环路和TAD的调节。开启和关闭RBR的能力我-依赖的CTCF边界可能通过调节RBR提供在发育过程中调节特定TAD和环路的方法我互动合作伙伴。作为一个例子，我们展示了ΔRBR中3D基因组重组的并排比较我-Olig1和Olig2基因周围区域的CTCF mESCs和分化细胞（Bonev等人的Hi-C数据，2017年）。ΔRBR中的子域和循环（黑色箭头）均丢失我mESCs和皮层神经元。另请参见图S6和S7。
请参阅PMC中的此图片和版权信息

类似文章

  • HOTTIP依赖性R环形成调节白血病中CTCF边界活性和TAD完整性。
    罗H、朱G、埃塞曼MA、冯TK、赖Q、王F、泽西格BB、莱斯佩兰斯J、马X、陈S、塞萨里N、科格尔C、陈B、徐B、杨FC、So CWE、邱Y、徐M、黄S。 罗华等。 分子细胞。2022年2月17日；82（4）：833-851.e11。doi:10.1016/j.molcel.2022.01.014。 分子细胞。2022 采购管理信息：35180428 免费PMC文章。
  • CTCF作为内聚素介导的环挤压的边界因子：多步骤机制的证据。
    汉森公司。 汉森公司。 核心。2020年12月；11(1):132-148. doi:10.1080/19491034.20200.1782024。 核心。2020 采购管理信息：32631111 免费PMC文章。 审查。
  • RNA相互作用对CTCF介导的基因组组织至关重要。
    Saldaña-Meyer R、Rodriguez-Hernaez J、Escobar T、Nishana M、Jácome-López K、Nora EP、Bruneau BG、Tsirigos a、Furlan-Magaril M、Skok J、Reinberg D。 Saldaña-Meyer R等人。 分子细胞。2019年11月7日；76（3）：412-422.e5。doi:10.1016/j.molcel.2019.08.015。Epub 2019年9月12日。 分子细胞。2019 采购管理信息：31522988 免费PMC文章。
  • 拓扑关联结构域和染色质环依赖于凝集素，并由CTCF、WAPL和PDS5蛋白调节。
    Wutz G、Várnai C、Nagasaka K、Cisneros DA、Stocsits RR、Tang W、Schoenfelder S、Jesserger G、Muhar M、Hossain MJ、Walther N、Koch B、Kueblbeck M、Ellenberg J、Zuber J、Fraser P、Peters JM。 Wutz G等人。 EMBO J.2017年12月15日；36（24）：3573-3599。doi:10.15252/embj.201798004。Epub 2017年12月7日。 EMBO J.2017年。 采购管理信息：29217591 免费PMC文章。
  • 最近的证据表明TADs和染色质环是动态结构。
    Hansen AS、Cattoglio C、Darzacq X、Tjian R。 Hansen AS等人。 核心。2018年1月1日；9(1):20-32. doi:10.1080/19491034.2017.1389365。Epub 2017年12月14日。 核心。2018 采购管理信息：29077530 免费PMC文章。 审查。
查看所有类似文章

引用人

查看所有“被引用”文章

工具书类

    1. Abdennur N和Mirny L.（2019年）。冷却器：用于Hi-C数据和其他基因标记阵列的可扩展存储。生物信息学。2019年7月10日在线发布。10.1093/bioinformatics/btz540。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Alipour E和Marko JF（2012年）。通过DNA环挤压酶自组织结构域。核酸研究40，11202–11212。-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Anders S、Pyl PT和Huber W.（2015）。HTSeq—一个用于处理高通量测序数据的Python框架。生物信息学31，166–169。-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Banani SF、Lee HO、Hyman AA和Rosen MK（2017年）。生物分子凝聚物：细胞生物化学的组织者。《自然修订版分子细胞生物学》18，285–298。-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Besag JE（1977年）。对里普利博士论文讨论的贡献。J.R.Stat.Soc.B 39、193–195年。

出版物类型