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.2020年1月21日；30（3）：820-835e10。
doi:10.1016/j.celrep.2019.12.057。

凝集素干扰胚胎干细胞中多梳依赖的染色体相互作用

詹姆斯·D·P·罗兹 1, 安吉丽卡·费尔德曼 1, 本杰明·埃尔南德斯·罗德里格斯 2, 诺莉亚·迪亚斯 2, 吉尔·M·布朗 三, 纳德兹达A Fursova 1, 尼尔·P·布莱克利奇 1, Praveen Prathapan公司 1, 保拉·多布里奇 1, Miles K Huseyin公司 1, 亚历山大·斯祖雷克 1, 凯·克鲁斯 2, 金·A·纳斯米思 1, 维罗妮卡J扣 三, 胡安·M·瓦奎里萨斯 4, 罗伯特·J·克洛泽 5
附属公司

凝集素干扰胚胎干细胞中多梳依赖的染色体相互作用

詹姆斯·D·P·罗兹等。 单元格代表. .

摘要

染色体组织如何与基因组功能相关，目前尚不清楚。内聚素、环挤压和CCCTC-结合因子（CTCF）被提议创建拓扑关联域（TAD）来调节基因表达。在这里，我们检查了缺乏凝集素的胚胎干细胞的染色体构象，发现与其他细胞类型一样，凝集素是产生TAD和调节A/B区隔的必要条件。然而，在缺乏凝集素的情况下，我们发现了一系列长期存在的染色体相互作用。这些对应于多梳抑制系统占据的基因组区域，并且依赖于PRC1。重要的是，我们发现内聚素可以抵消这些多梳依赖的相互作用，但不能抵消超增强器之间的相互作用。这种破坏性活动独立于CTCF和绝缘，似乎通过多梳系统调节基因抑制。因此，我们发现凝集素干扰多梳依赖的染色体相互作用，以调节胚胎干细胞中的基因表达。

关键词：高碳化合物；多梳；TAD；凝集素；基因调控；回路挤压。

PubMed免责声明

利益冲突声明

利益声明作者声明没有竞争利益。

数字

无
图形摘要
图1
图1
凝集素非依赖性染色体相互作用对应于ESCs中的多梳染色质域（A）为Hi-C开发的TIR1和SCC1-mAID-GFP细胞系的基因型示意图。（B）SCC1-mAID-GFP ESCs±生长素的免疫荧光显微镜图像（6 h）。用抗层粘连蛋白B1抗体标记核膜。比例尺，10μm（底部）。（C） 对照组中的Hi-C（TIR1线+生长素）（左）和SCC1度（SCC1-mAID-GFP系+生长素）（右）细胞在生长素处理后以40-kb分辨率显示。SCC1上确定的峰值度Hi-C矩阵显示为黑色圆圈。基因组坐标如下图和矩阵右侧所示。（D） 组蛋白修饰和蛋白质在配对相互作用位点的富集与匹配随机相互作用位点的富集相比。（E） 染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）快照显示了在缺乏凝集素的情况下持续存在的相互作用下的RING1B、H2AK119ub1、SUZ12和H3K27me3。Hi-C矩阵如上所示，分辨率为20-kb。本图使用的ChIP-seq数据集如表S1所示。
图2
图2
Polycomb介导在缺乏内聚蛋白的情况下持续存在的相互作用（A）AID-RING1B细胞系基因型示意图。（B） AID-RING1B ESCs±生长素的免疫荧光显微镜图像（6小时）。用抗层粘连蛋白B1和RING1B抗体标记细胞。比例尺，10μm。（C） 对照组或RING1B中Hi-C的基因差异接触概率度（AID-RING1B+生长素）细胞。（D） 对照和RING1B的总TAD分析度分辨率为10-kb的细胞。根据ESC Hi-C（Bonev等人，2017年）发布的TAD间隔，显示有效接触概率。（E） 控制中的Hi-C和RING1B度在5-kb分辨率下，细胞在没有内聚蛋白（黑圈）的情况下持续相互作用。RING1B ChIP-seq显示在矩阵的上方和左侧。（F） 对照组和RING1B中Hi-C的聚合分析度细胞在缺乏凝集素的情况下持续相互作用（n=336）。
图3
图3
内聚素去除增强长程多梳染色质域相互作用（A）Hi-C，说明SCC1中的相互作用增强度细胞系以20kb分辨率显示。RING1B ChIP-seq显示在矩阵的上方和左侧。（B） 对照组和SCC1的Hi-C聚合分析度在没有凝集素（n=336）的情况下持续存在的峰值细胞（顶部面板）或在B隔间（底部面板）的一组距离匹配的控制位点处的细胞。在每个聚集图中，聚集矩阵中心50 kb处富集分数的修剪平均值显示在左下角，作为富集的量化。（C） 控制中的RING1B和SCC1的ChIP-seq度在（A）中所示的相互作用位点处的细胞。（D） RING1B处的RING1B-ChIP-seq信号（metaplots，左；boxplots，右）峰值重叠交互作用，在没有内聚蛋白的情况下持续存在。（E） Capture-C之间的交互配置文件Nkx2-1型对照组和SCC1中启动子和选定的近端和远端RING1B占据位点度细胞。RING1B ChIP-seq峰如下面的蓝色条所示。的位置Nkx2-1型启动子用蓝色箭头/条表示，相互作用位点为染色体上的黑色条。读取密度对应于捕获中250个DpnII限制片段的平均标准化读取。（F） 对照组和SCC1中的聚集Capture-C信号度相互作用位点的细胞根据与捕获位点的距离进行分离。SCC1中仅存在多梳靶基因启动子和RING1B占据位点之间的相互作用度如图所示。读取密度归一化为顶点的控制信号，x轴表示与DpnII片段中相互作用位点的距离。（G） 对照和SCC1中的平均Hi-C接触强度度在没有内聚素的情况下持续存在的相互作用中，根据相互作用之间的距离进行分离。
图4
图4
凝集素对多梳染色质结构域的影响是细胞类型特异性的（A）针对ESCs、HCT116（Rao等人，2017）、小鼠肝细胞（Schwarzer等人，2017年）、HeLa（Wutz等人，2017年间）和HAP1（Haarhuis等人，2017年初）中凝集素扰动下多梳结构域之间相互作用的Hi-C聚集峰分析。根据距离将相互作用分为五个大小相等的分位数，分位数1为近端相互作用，分位数5为最远端相互作用。（B） 前四组如（A）所示，但对于ESCs、HCT116（Rao等人，2017）、小鼠肝细胞（Schwarzer等人，2017年）和HeLa（Wutz等人，2017年间）中的超增强子之间的相互作用。底部组说明了ESCs中CTCF耗竭后对超增强相互作用的影响（Nora等人，2017）。
图5
图5
凝集素对抗与CTCF和绝缘无关的多梳染色质结构域相互作用（A）CTCF-AID-GFP细胞系基因型示意图（Nora等人，2017）。（B） CTCF-AID-GFP细胞±生长素（48 h）的活细胞显微镜图像。比例尺，10μm（底部）。（C） CTCF-AID-GFP细胞±生长素的Hi-C聚合分析（Nora等人，2017），在缺乏凝集素的情况下持续存在的相互作用（n=336）。在每个聚集图中，聚集矩阵中心50 kb处富集分数的修剪平均值显示在左下角，作为富集的量化。（D） Capture-C之间的交互配置文件Nkx2-1型启动子和选定的近端和远端RING1B在CTCF-AID-GFP细胞中占据位置±生长素。RING1B ChIP-seq峰如下面的蓝色条所示。的位置Nkx2-1型启动子用蓝色箭头/条表示，相互作用位点为染色体上的黑色条。读取密度对应于捕获中250个DpnII限制片段的平均标准化读取。（E） CTCF-AID-GFP细胞中的聚集Capture-C信号±生长素在相互作用中持续存在，这种相互作用是基于与捕获位点的距离分离的凝集素缺失。SCC1中仅存在多梳靶基因启动子和RING1B占据位点之间的相互作用度如图所示。在没有生长素的CTCF-AID-GFP细胞中，读取密度被标准化为峰值信号，并且x轴示出了与DpnII片段中的相互作用位点的距离。（F） CTCF-AID-GFP细胞中的平均Hi-C接触强度±相互作用时的生长素，这种相互作用持续存在基于相互作用之间距离分离的凝集素缺失。
图6
图6
对照组和SCC1中HoxD10（顶部）和Dlx2（底部）视点的Cohesin（A）Capture-C相互作用剖面干扰了多梳染色质域相互作用度线。RING1B ChIP-seq峰值显示为蓝色条，TAD间隔显示为黑色条。（B） RASER-FISH的代表性图像显示了分类为接触（顶部对，间距0.0905μm）和非接触（底部对，间距1.1629μm）的信号。探针用于Dlx2（绿色）和HoxD10（红色）。比例尺，5μm。（C） 显示所示单元格行中Dlx2和HoxD10之间3D距离测量值的小提琴图。虚线显示了每个细胞系n=376–409等位基因的中位数和四分位范围。（D） 绝对接触概率，表示根据（B）和（C）中的观察结果判断为共定位的信号百分比（见STAR方法）。（E） 生长素处理（UNT）前后PCGF2-Halo-JF549 SCC1-mAID-GFP细胞的最大强度投影（+AUX）。核焦点示例（多梳体）用箭头表示。比例尺，5μm。（F） 比较PCGF2-Halo-JF549 SCC1中每个单元多梳体数量的箱线图度ESCs未经处理（35个细胞，UNT，蓝色）和生长素处理（6小时）后（28个细胞，+AUX，红色）（左）。多梳体在（5283个病灶，UNT，蓝色）和生长素（6小时）处理前（4321个病灶，+AUX，红色）的平均荧光强度（中间）和体积（右侧）。
图7
图7
缺乏凝集素时多梳染色质结构域关联增加抑制基因表达（A）Scc1-mAID-GFP细胞±生长素基因表达变化的MA图（6 h）。表达增加或减少的基因数量（p-adj<0.05和>1.5倍）显示为红色。log2倍变化的密度显示在右侧。（B） 基因启动子处的RING1B结合（来自TSS（转录起始点）的±1 kb，蓝条），与所有基因（右）相比，去除内聚蛋白后，基因表达降低（左）。下调基因中RING1B结合基因富集的经验p值：p<0.0001（n=10000随机测试）。（C） 表达的RING1B-结合基因与Hi-C中另一个RING1B结合位点相互作用（右）或不相互作用（左）时，其基因表达变化幅度。（D）Hi-C（左为40kb分辨率，右为10-kb分辨率），cRNA-seq，和RING1B ChIP-seq用于两个在Hi-C中具有相互作用的基因示例，这些基因在去除凝集素后增强，并且其基因表达降低。
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