Language
CTCF — это ДНК

Блог

ДомДом / Блог / CTCF — это ДНК
search

Oct 22, 2023

10 крупнейших компаний по зарядке электромобилей в Европе

Jan 07, 2024

17 лучших поручней и бортиков для детской кроватки, которые обеспечат безопасность (и сдерживание) вашего ребенка

Aug 10, 2023

17 лучших поручней и бортиков для детской кроватки, которые обеспечат безопасность (и сдерживание) вашего ребенка

Nov 02, 2023

18 лучших ворот для собак, которые обеспечат безопасность вашей собаки в 2023 году

Apr 27, 2023

18 лучших ворот для собак, которые обеспечат безопасность вашей собаки в 2023 году

Отправьте запрос
ПРЕДСТАВЛЯТЬ НА РАССМОТРЕНИЕ

Nov 03, 2023

CTCF — это ДНК

Природа том 616, стр.

Nature, том 616, страницы 822–827 (2023 г.) Процитировать эту статью

19 тысяч доступов

2 цитаты

121 Альтметрика

Подробности о метриках

У эукариот геномная ДНК выдавливается в петли с помощью когезина-1. Ограничивая этот процесс, ДНК-связывающий белок CCCTC-связывающий фактор (CTCF) генерирует топологически ассоциированные домены (TAD)2,3, которые играют важную роль в регуляции и рекомбинации генов во время развития и заболевания1,4,5,6,7. Как CTCF устанавливает границы TAD и в какой степени они проницаемы для cohesin, неясно8. Здесь, чтобы ответить на эти вопросы, мы визуализируем взаимодействия отдельных молекул CTCF и когезина с ДНК in vitro. Мы показываем, что CTCF достаточно для блокирования диффузионного когезина, что, возможно, отражает то, как когезивный когезин накапливается на границах TAD, а также достаточно для блокирования когезина, вытесняющего петлю, что отражает то, как CTCF устанавливает границы TAD. CTCF, как и предполагалось, функционирует асимметрично; однако CTCF зависит от напряжения ДНК. Более того, CTCF регулирует активность экструзии петли когезина, изменяя ее направление и вызывая сжатие петли. Наши данные показывают, что CTCF не является, как предполагалось ранее, просто барьером для когезин-опосредованной экструзии петель, но является активным регулятором этого процесса, посредством чего проницаемость границ TAD может модулироваться напряжением ДНК. Эти результаты раскрывают механистические принципы того, как CTCF контролирует экструзию петель и архитектуру генома.

Сворачивание геномной ДНК с помощью когезина играет важную роль в организации хроматина, регуляции генов и рекомбинации1. Когезин принадлежит к семейству АТФазных комплексов структурного поддержания хромосом (SMC), которые могут выдавливать ДНК в петли, и эта активность была восстановлена ​​in vitro для когезина, конденсина и SMC5/SMC6 (ссылки 9,10,11,12, 13,14). Когезин также выполняет вторую функцию, обеспечивая слипание сестринских хроматид.

В отдельных клетках петли расположены в разных положениях, что указывает на то, что петли представляют собой динамические структуры, большинство из которых находятся в процессе выдавливания15,16,17. Однако при измерениях клеточных популяций появляются закономерности, которые показывают, что большинство петель формируется внутри TADs16,18,19. CTCF расположен на границах TAD18,19 и необходим для их формирования и накопления когезина в этих сайтах2,3,20. CTCF имеет неструктурированные N- и C-концевые области, которые обрамляют 11 цинковых пальцев, некоторые из которых распознают асимметричную последовательность ДНК и, следовательно, направленно позиционируют CTCF на ДНК21,22. Большинство сайтов связывания CTCF ориентированы в конвергентной ориентации так, что N-концы CTCF обращены внутрь TADs, указывая тем самым, что CTCF функционирует как асимметричная граница для когезин-опосредованной экструзии петель23,24,25. В соответствии с этой возможностью, N-конец CTCF может связываться с cohesin26 и необходим для изоляции TAD и закрепления петли в этих сайтах26,27,28,29.

Было предложено несколько механизмов того, как CTCF может предотвратить выход петли через границы TAD (рассмотрено ранее8), а именно: в качестве физического барьера (блокпоста); путем связывания с когезином; предотвращая высвобождение когезина из ДНК, способствуя замене субъединицы NIPBL, активирующей АТФазу когезина, на ее неактивный аналог PDS5; путем прямого ингибирования АТФазной активности когезина; и способствуя захвату ДНК внутри кольцевой структуры, образованной тремя субъединицами когезина30. Также было высказано предположение, что CTCF превращает cohesin в асимметрично экструдирующий фермент, останавливая экструзию петли в сайте, связанном с CTCF, в то же время позволяя cohesin продолжать втягивать ДНК в петлю только из внутренней части TAD26,31,32. Однако остается нерешенным, какой из этих предложенных механизмов используется CTCF и достаточен ли CTCF для блокирования экструзии петли с помощью cohesin. Ответы на эти вопросы имеют большое значение, поскольку CTCF необходим для контроля взаимодействий энхансер-промотор1, ядерного перепрограммирования6, рекомбинации генов антигенных рецепторов4,5 и времени репликации ДНК33, а также потому, что мутации CTCF участвуют в онкогенезе7. Границы CTCF также являются сайтами, в которых реплицированные молекулы ДНК соединяются комплексами когезина, которые обеспечивают слипчивость34.

<), tandem (>> and <<), and divergent (<>) manner. The percentages were obtained by multiplying the blocking probability of N- and C-terminal encounters in the force range 0.04-0.08 pN, as depicted in Fig. 2e, and normalizing to 100% (see Supplementary Note). Bar heights denote mean values. Error bars denote the error propagation after multiplication, given the 95% binomial confidence interval as depicted in Fig. 2e. The relative fraction of CTCF-anchored loops that we obtained from the single-molecule experiments are compared to published values extracted from Hi-C data3,63,64,65. b, Stalling force of cohesin. horizontal line median; boxes extend to the quartiles and the whiskers show the range of the data (median-1.5* interquartile range (IQR); median+1.5*IQR). Data from 2 independent experiments. c, The DNA tension measured at encounters of loop-extruding cohesin with the N- and C-terminus of CTCF and dCas9. The stalling force values from panel (b) is shown for comparison. N = 297, 184, 37, 66 for CTCF (N), CTCF (C), dCas9 and the stalling force measurements, respectively. d, The empirical survival function (1-CDF) of the data shown in panel c. Thick line represents the mean; shaded areas represent 95% confidence intervals. At the DNA tension of complete stalling at the CTCF N-terminus, 0.14 pN, the survival function decays to 53 \(\pm \) 16%, i.e. if loops would be halted by reaching the stalling force alone, one would expect ~53% of loops to exceed the DNA tension of 0.14 pN, which was not observed (compare blue line for stalling at the CTCF N-terminus and Fig. 2g). e, Ratio of the N-terminal and C-terminal blocking probabilities. N-terminal encounters block loop extrusion 3.6 ± 0.8 -fold (The bar height denotes the mean, error bars denote the error propagation after multiplication, given the 95% binomial confidence interval as depicted in Fig. 2g) more often than encounters from CTCF's C-terminal side, independently of DNA tension. N per bin for N-terminal (n) and C-terminal (c) encounters: 0.025-0.0415 pN: 70 (n), 72 (c); 0.0415-0.058 pN: 81 (n), 67 (c); 0.058-0.075 pN: 84 (n), 30 (c); 0.075-0.091 pN: 20 (n), 14 (c); 0.091-0.1075 pN: 40 (n), 6 (c); 0.119-0.142 pN: 3 (n), 0 (c). Sample sizes refer to biological replicates. f, Fraction of blocked molecules in the cohesin diffusion assay as a function of DNA tension (note that the DNA tension is constant in diffusion assays since no DNA loop is being extruded). The bar height denotes the mean, error bars denote the error propagation after multiplication, given the 95% binomial confidence interval. g, DNA tension of DNA molecules on which diffusing cohesin was blocked by N-terminally oriented CTCF (left; N = 74 from 2 independent experiments) or by C-terminally oriented CTCF (right; N = 27 from 5 independent experiments). Statistical significance was assessed by a 2-sided 2-sample Kolmogorov-Smirnoff test. h, Violin plot of DNA tension for DNA molecules on which diffusing cohesin was blocked by CTCF (left; N = 161 from 7 independent experiments) or repeatedly passed CTCF (right; N = 88 from 7 independent experiments). Statistical significance was assessed by a 2-sample Kolmogorov-Smirnoff test. Thick horizontal lines on boxplots denote median values, the box extends from the lower to upper quartile values and whisker limits denote the range of data within 1.5 times the interquartile range from the median./p>

 0.05, 2-sided 2-sample Kolmogorov–Smirnov test). i, Loop shrinkage rate, in comparison to cohesin loop extrusion rate (grey), and j, distribution of shrinkage time spans. Black dots represent step-wise shrinkage events that happen within one imaging time interval, i.e. 0.4 s. k, Absolute and l, relative loop size decrease for N- and C-terminal encounters in blue and red, respectively. Thick horizontal lines on boxplots denote median values, the box extends from the lower to upper quartile values and whisker limits denote the range of data within 1.5 times the interquartile range from the median. Data for N-/C-terminal encounters were collected from 13 and 3 independent measurements, respectively./p>