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.2015年12月;25(12):1825-35.
doi:10.1101/gr.193748.115。 Epub 2015年9月10日。

用GlcNAcylated组蛋白H2B制备分化驱动的核层粘连蛋白A/C相关染色质结构域

附属公司

用GlcNAcylated组蛋白H2B制备分化驱动的核层粘连蛋白A/C相关染色质结构域

托伦·罗宁根等。 基因组研究. 2015年12月.

摘要

核层粘连蛋白通过层粘连相关结构域(LAD)与染色质的动态相互作用有助于基因组的空间排列。在这里,我们提供了证据,证明了通过营养传感器O-连接N-乙酰氨基葡萄糖(H2BS112GlcNAc)修饰在丝氨酸112上的组蛋白H2B结构域来制备分化驱动的层粘连蛋白A/C LAD的形成,我们称之为GAD。我们证明了体外脂肪生成过程中层粘连蛋白a/C LAD形成的两步过程,包括在前体细胞增殖到细胞周期阻滞的过渡过程中层粘蛋白a/C染色质相互作用的扩散,以及在脂肪生成诱导数小时内通过LAD交换过程对这些相互作用进行基因组尺度的重新分布。Lamin A/C LAD存在于染色质活跃和抑制的环境中,受细胞分化状态的影响。脂肪生成层粘连蛋白A/C LAD的从头形成在GAD上非随机发生,GAD由大碱基大小的基因间和抑制性染色质结构域组成。因此,尽管分化前的层粘连蛋白A/C LAD富含基因,但分化后的LAD具有使人想起层粘连蛋白B1 LAD的抑制性特征。直接参与糖酵解的基因释放层粘连蛋白A/C与脂肪诱导后的转录上调以及H2BS112GlcNAc水平和O-GlcNAc循环的下游升高一致。我们的结果揭示了GAD对脂肪生成性LAD的表观遗传预处理,表明发育调控的层粘连蛋白a/C基因组相互作用与代谢敏感的染色质修饰相耦合。

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数字

图1。
图1。
层蛋白A/C LAD通过诱导脂肪分化而重组。(A类)Lamin A/C ChIP-seq富集谱显示了ChIP/输入比率(刻度为-0.4到+0.4,以0为中心)、用EDD映射的LAD和RNA-seq基因表达谱(刻度为0-1000 FPKM)。(B类)在每个分化阶段确定的LAD数量。(C类)所有分化时间点的LAD长度中位数混淆(all)和每个时间点。(D类)LAD的基因组覆盖率(颜色条)和两个连续时间点之间LAD覆盖率的保存(灰色条)。(E类)小、中、大LAD(Jaccard指数)与大(L)、中(M)和小(S)LAD在时间点之间的重叠系数(x个-轴)。(F类)LAD内和整个基因组中的基因密度。(G公司)LAD内基因和RefSeq基因的中位数表达水平:(*)P(P)< 10−5,t吨-使用Bonferroni校正进行测试。(H(H))每个时间点层粘连A/C LAD覆盖率的比例,与DamID在成纤维细胞中绘制的层粘连B1 LAD重叠(Guelen等人,2008年)。
图2。
图2。
抗H2BS112GlcNAc抗体的特异性评估。(A类)抗H2BS112GlcNAc抗体对H2BS112GlcNAc和相应的未修饰H2B肽(KHAVS)的免疫反应性112EGTK)固定在硝化纤维素上。在免疫检测之前,在不使用或使用2 ng/µL重组OGA的情况下预先培养肽。(B类)利用H2BS112GlcNAc和未修饰H2B肽进行免疫荧光肽竞争分析;使用抗H2BS112GlcNAc的免疫检测。比例尺,10μm。(C类)ASC提取物与0或2纳克/µL重组OGA预孵育30分钟的免疫印迹(D类)在HeLa细胞中表达EGFP-H2BS112A突变体而非对照野生型EGFP-H2 B可降低H2BS112GlcNAc免疫反应性(左边)不影响总H2B的检测(中间的)或EGFP(正确的).
图3。
图3。
H2B-GlcNAcylated结构域(GAD)在脂肪分化过程中保持不变。(A类)H2BGlcNAc ChIP-seq谱(ChIP/输入比,标度-0.4/+0.4)、使用EDD识别的GAD和RNA-seq谱(标度0-1000 FPKM)。(B类)中值GAD长度和基于分位数长度分布的分区。(C类)GAD和整个基因组中的基因密度。(D类)GAD内、GAD外和全基因组中基因的中位表达水平(全部)。(E类)连续分化时间点之间具有大(L)、中(M)和小(S)GAD的小、中和大GAD重叠的雅卡德指数(x个-轴)。(F类)GAD覆盖率与成纤维细胞中发现的层粘连B1 LAD共享(Guelen等人,2008年)。(G公司)ChIP-qPCR分析分化的D0和D1的ASC中的层粘连蛋白B1,在ChIP-seq显示的20个位点是否为H2BGlcNA酰化(扩增子1-16)(扩增子17-20)(另请参见补充图2F)。
图4。
图4。
脂肪生成诱导导致代谢基因上调,层粘连蛋白A/C从这些基因中分离,H2BGlcNAc短暂增加。(A类)在分化的D0、D1和D3的富集和非富集位点上对H2BGlcNAc进行ChIP-qPCR分析。(B类)H2BGlcNAc总蛋白的Western blot分析O(运行)-GlcNAc(RL2抗体)、OGT、OGA和H2B贯穿整个分化过程。图表显示了每个时间点相对于D−2的平均H2BGlcNAc水平(标准化为H2B的水平;四个实验的平均值±SD)。(C类)D1上调的2716个基因的基因本体丰富分类(参见补充图4A、B)。注意代谢基因的比例很高。(D类,E类)GAD中D0-D1上调基因的定位(D类)和层粘连蛋白A/C LAD(E类)以及在连续分化时间点(灰色条)之间保持GAD或LAD内的这些基因。(F类)H2BGlcNAc和lamin A/C ChIP-seq剖面客运专线4并显示糖酵解HIF1A靶基因。箭头表示启动子中的层粘连蛋白A/C丢失,这与基因转录上调一致。图中显示了RNA-seq剖面(比例为0–1000 FPKM)。
图5。
图5。
在脂肪诱导的1天内,在预富集于H2BGlcNAc的染色质域上重新形成层蛋白A/C LAD。(A类)脂肪分化期间LAD和GAD的浏览器视图。(B类)D1上形成的新LAD与D1上保持的原有D0 GAD重叠的维恩图分析:数据表明,71%的新LAD-覆盖与原有GAD重叠,反映出非随机关联(排列t吨-测试P(P)值=9.98×10−6)这一新的关联关系涉及50%的GAD。(C类)分化过程中层粘连A/C LAD与GAD重叠的Jaccard指数。(D类)全基因组H2BGlcNAc水平与层粘连蛋白A/C水平呈正相关(D1)。
图6。
图6。
染色质状态建模揭示了脂肪分化过程中LAD和GAD的动态。(A类)ChromHMM发射参数:每个指示染色质标记中染色质状态相对丰度的热图(编号为1–15)。四个含有层粘连蛋白A/C的状态标记为绿色(状态2、3、4、15)。(B类)D0和D3分化的预定义基因组区域上15个状态相对丰度的热图。D0中的绿色区域显示了四种含层粘连A/C的状态的分布。在D3上,红色和黄色区域显示含层粘连A/C状态的富集水平显著降低(红色)或增加(黄色)。D−2、D0、D3和D9时间点数据和统计数据如补充图6A,C所示(C类)脂肪分化过程中层粘连A/C LAD形成的两步模型。在增殖脂肪祖细胞中,LAD的覆盖范围相对有限,不一定涉及GAD。细胞周期阻滞是脂肪分化的必要步骤,在细胞周期阻滞后,LAD的覆盖范围独立于GAD扩大。在未分化细胞中,层粘连蛋白A/C LAD包含被抑制的染色质,可能含有H3K9me2/3(Guelen等人2008;Kind等人2013;Harr等人2015)和活性染色质结构域。脂肪分化诱导层粘连蛋白A/C LAD的交换;这涉及主要在H2BGlcNAc结构域上形成LAD,与GAD对新生脂肪生成层粘连蛋白A/C LAD的表观遗传制备一致。最近显示的LAD中H3K27me3富集区参与了小鼠细胞LAD的维持(Guelen等人,2008年;Kind等人,2013年;Harr等人,2015年),这增加了脂肪生成过程中形成的新层粘连蛋白A/C LAD也需要LAD边界中三甲基化H3K27的贡献。这些新生LAD的整体抑制状态,以及它们与层粘连B1 LAD的强烈重叠,表明它们富含以二甲基或三甲基化H3K9标记的异染色质。

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