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.2010;11（12）：R120。
doi:10.1186/gb-2010-11-12-r120。 Epub 2010年12月23日。

秀丽隐杆线虫染色体臂通过与LEM-2的不连续结合锚定在核膜上

池上光太 1, Thea A Egelhofer公司, 苏珊·斯特罗姆, 杰森·德·利布
附属公司

秀丽隐杆线虫染色体臂通过与LEM-2的不连续结合锚定在核膜上

科塔·伊凯加米等。 基因组生物学. 2010.

摘要

背景：虽然秀丽隐杆线虫是第一个基因组完全测序的多细胞生物，但该基因组如何在细胞核内排列尚不清楚。

结果：我们通过染色质免疫沉淀法测定了秀丽线虫混合期胚胎中与核跨膜蛋白LEM-2相关的基因组区域。每个常染色体臂上的几个大碱基的大区域与LEM-2相关。每个常染色体的中心几乎没有这种相互作用，这表明它们大部分是从核膜上环出来的。只有X染色体的左端与核膜相关。在更精细的尺度上，大型膜相关结构域由LEM-2关联的较小亚结构域组成。这些亚结构域具有高重复密度、低基因密度、高水平H3K27三甲基化和沉默基因的特征。亚结构域被含有高度活性基因的间隙所打断。易位到染色体中心的染色体臂与LEM-2保持关联，尽管在融合点附近关联略有减少。

结论：局部DNA或染色质特性是与核膜相互作用的主要决定因素，染色体上的位置起着次要作用。LEM-2相关区域之间小间隙中的基因往往高度表达，这表明这些小间隙特别适合高效转录。虽然我们的数据来自混合期胚胎中细胞类型的融合，但结果表明秀丽线虫染色体在细胞核内的空间排列模式。

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数字

图1
图1
染色体臂与核膜相关.（a）免疫荧光分析秀丽线虫带有抗LEM-2抗体（绿色）和标记核孔复合体（红色）的mAb414抗体的胚胎。在合并的图像中，DAPI染色的DNA显示为蓝色。顶行为野生型N2胚胎；最下面一行是柠檬-2无效的突变胚胎。箭头表示（b）中显示的细胞核更接近。（b）（a）中箭头所示的细胞核放大图像。（c）LEM-2或阴性对照ChIP-ChIP（阵列）或ChIP-seq（序列）配置文件。LEM-2*和LEM-2†分别表示抗体Q3891和Q4051。轨迹中的竖线表示5-kb窗口中的平均ChIP-ChIP信号（MA2C分数）或ChIP-seq信号（z-scores of（IP-input））。y轴范围为-2到2。（d，e）染色体III（d）和X（e）上显示了LEM-2 ChIP-ChIP信号（5-kb窗口MA2C得分）、重组率（插入的基因在厘米摩根（cM）中的遗传位置）和50-kb窗口中重复序列的覆盖率。其他染色体如附加文件1中的图S2c所示。虚线表示目测判断的LEM-2域的边缘。
图2
图2
在大型LEM-2域中，更精细的组织由LEM-2子域和缺口组成.（a、b）染色体IV（a）和V（b）上具有代表性的LEM-2亚结构域。顶部带方框的面板显示了以下区域的染色体位置。轨迹中的竖线表示ChIP-ChIP MA2C分数（-2至2）或ChIP-seq z分数（-2到2）。（c）LEM-2子域和间隙的大小分布。根据子域或间隙的大小（log10比例），并绘制每个箱子的区域数。（d）染色体大小与LEM-2占有率之间的关系（LEM-2亚结构域的总碱基对除以染色体大小（bp））。该线表示常染色体的最小二乘拟合线性回归（截距，31.4；斜率，1.48）。
图3
图3
重复与核膜有关.（a）LEM-2子域或间隙内重复序列的覆盖范围。绘制了重复序列覆盖的碱基百分比。方框的底部和顶部分别表示第25和75个百分位，方框中的条带表示中位数。晶须表示框内1.5×四分位范围内的最低或最高数据点。统计分析采用Wilcoxon秩和检验。（b）LEM-2子域-映射边界上重复序列的平均计数。在354个边界（材料和方法）的滑动1kb窗口（500 bp偏移量）内计算重复次数（根据每个重复的中心坐标）。绘制每个窗口中的平均计数。还绘制了滑动窗口的平均LEM-2 ChIP-ChIP MA2C分数（100 bp窗口，50 bp偏移）。
图4
图4
基因优先位于LEM-2亚结构域之间的间隙.（a）子域或间隙内的基因覆盖率。绘制了转录区域覆盖的碱基百分比。方框图表示和统计分析如图3a所示。（b）LEM-2亚域-gap边界编码基因的平均数。计算了354个边界内滑动1-kb窗口（500-bp偏移量）内的翻译起始站点数量。绘制每个窗口中的平均基因数。还绘制了滑动窗口的平均LEM-2 ChIP-ChIP MA2C分数（100-bp窗口，50-bp偏移）。（c）与（b）相同，但具有指示方向的基因单独绘制。
图5
图5
核膜上的基因是无活性的.（a）混合期胚胎中亚结构域或间隙内的基因表达水平。基因根据其所在间隙的大小进行分类：超大间隙（XL），>1Mb；大间隙（L），100 kb至1 Mb；中等间距（M），10至100 kb；小间隙（S）<10kb。方框图表示和统计分析如图3a所示。（b）早期胚胎中未检测到的转录物在发育过程中的表达状态。根据起始坐标，转录本被分为LEM-2子域（顶部）、大/中/小间隙（中部）或超大间隙（底部）。我们将早期胚胎中检测不到的转录物定义为早期胚胎中RNA-seq dcpm（每百万次读取的每基覆盖深度）等于0的转录物。E Emb，早期胚胎；L Emb，晚期胚胎；五十、 幼虫期；成年人，年轻人。
图6
图6
H3K27me3广泛修饰LEM-2亚结构域，活跃基因除外.（a）一个代表性基因组区域，显示LEM-2、H3K9me2、H3G9me3和H3K27me3的ChIP-ChIP信号。顶部面板显示放大区域的染色体位置。y轴表示LEM-2 ChIP-seq和组蛋白修饰ChIP-ChIP的MA2C得分（-2至2）或z得分（-2到2）。（b）LEM-2亚结构域边界的平均H3K9和H3K27甲基化曲线。绘制所示组蛋白修饰（蓝色）或对照H3（灰色）的ChIP-ChIP z评分的滑动窗口平均值（100-bp窗口；50-bp偏移）。为了进行比较，还显示了LEM-2 ChIP-ChIP MA2C分数的滑动窗口平均值（红色）。（c）LEM-2亚域或间隙中基因的H3K9和H3K27甲基化谱。在整个基因组的混合阶段胚胎中，分别绘制了前20%高表达（前20%表达）或后20%低表达（Bot 20%表达）基因。直线表示95%置信区间内ChIP-ChIP z分数的滑动窗口平均值（100-bp窗口；50-bp偏移），并带有竖线。TSS，转录起始点；TES，抄本终端站点。
图7
图7
LEM-2亚域之间的小间隙在转录上异常活跃.（a）一个代表性基因组区域，在LEM-2亚结构域之间的间隙中显示RNA聚合酶II（RNAPII）、H3K4me3和HTZ-1的富集。顶部面板显示放大区域的染色体位置。RNAPII和HTZ-1 ChIP-ChIP数据显示为log的z得分2（ChIP/Input），而H3K4me3 ChIP-seq数据显示为标准化基本计数。（b）亚域gap边界的平均RNAPII、H3K4me3、HTZ-1和LEM-2水平。对于RNAPII和HTZ-1，显示了滑动窗口的平均值（100bp窗口；50bp偏移），而对于H3K4me3，绘制了每个碱基位置的平均值。（c）边界附近基因的表达状态。每个点代表一个转录本，其丰度显示在y轴上，距离边界的距离显示在x轴上。显示了LEM-2子域与中等间隙（左）或子域与小间隙（右）之间的边界。水平虚线条表示间隙或子域中5-kb或10-kb区域的中间转录水平。（d）LEM-2亚结构域和间隙中基因的RNA干扰（RNAi）表型。显示了具有指定RNAi表型的基因数量。使用齐方检验进行统计分析，将所有带有表型注释（如标题所示）的基因的分布作为背景概率。列出了500多个基因的表型注释。
图8
图8
X的核膜结合模式；IV融合染色体.（a）野生型（N2株）染色体X和IV以及X的示意图；IV融合染色体锰T12大的LEM-2域用深色表示。箭头指示融合点。（b）野生型（红色，顶部）和X染色体上的LEM-2 ChIP-ChIP信号；IV融合染色体（黑色，底部）。野生型数据是四个生物复制的平均值。融合菌株的数据是两个生物复制品的平均值。箭头指示融合点。方框表示（c-f）中显示得更接近的区域。（c-f）X染色体（c，d）或IV染色体（e，f）末端野生型（红色）或融合染色体株（黑色）的LEM-2 ChIP-ChIP信号模式。
图9
图9
基因组-核膜关联模型秀丽线虫.（a）由核膜介导的大规模染色体排列模型。常染色体的大臂区域附着在核膜上，而染色体的中央部分是环状的。对于X染色体，左臂附着在核膜上，而染色体的中央和右侧大部分是独立的。（b）大关联域下的小规模基因组-核膜关联模型。小规模的关联通常发生在具有重复序列和沉默基因的区域，并留下大小不同的间隙，这些间隙可能是从核膜环出的。在循环中，小循环在转录上高度活跃。
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