Uncovering how transcription and chromatin 3D structure impact one another during cellular activation

揭示转录和染色质 3D 结构在细胞激活过程中如何相互影响

基本信息

项目摘要

Summary (original application): The 3D organization of chromatin within the nucleus is thought to play an important role in regulating gene expression. It is often assumed that promoters, enhancers, and other critical regulatory elements exert influence by forming loops in DNA that bring key regulatory elements into close spatial proximity. However, recent studies have shown that DNA loops may have a relatively minor impact on gene expression, challenging the generality of this paradigm. In fact, most studies that investigate the relationship between gene expression and genome 3D structure rely on correlated measurements and usually lack direct evidence that spatial DNA interactions have an impact on gene expression. In contrast, we have recently discovered that transcription elongation can directly impact genome 3D structure by displacing the ring-like molecule cohesin from chromatin, leading to the loss of DNA loops. Our findings and other reports suggest that we lack an adequate understanding of how chromatin looping is involved in the execution of gene expression programs. A more detailed view of how genome 3D structure and transcription regulate one another is essential to interpret how regulatory programs are encoded in the genome, and has important consequences for studying genome function in nearly all areas of biomedical research. This proposal leverages recently developed reagents and sensitive profiling techniques to investigate how genome 3D structure impacts transcription and, reciprocally, how transcription impacts genome 3D structure in response to strong transcriptional stimuli. By profiling nascent transcription initiation (csRNA-seq), we will systematically characterize how loss of chromatin looping impacts inducible transcription at both promoter and enhancer elements and examine how perturbation of 3D structure impacts the functional communication between distal regulatory elements and their target genes. This proposal will also explore how transcriptional activation itself may regulate chromatin loop formation or dissociation. These studies will reveal how chromatin 3D structure and transcription influence each other and will help improve the interpretation of regulatory programs encoded in the genome.
摘要(原始申请): 核中染色质的3D组织被认为在调节基因中起重要作用 表达。通常认为启动子,增强子和其他关键监管要素发挥 通过在DNA中形成环的影响,将关键调节元件带入紧密的空间接近度。然而, 最近的研究表明,DNA环可能对基因表达的影响相对较小, 挑战这种范式的一般性。实际上,大多数研究基因之间关系的研究 表达和基因组3D结构取决于相关的测量,通常缺乏直接证据表明 空间DNA相互作用对基因表达有影响。相比之下,我们最近发现 转录伸长可以通过取代环状分子粘着蛋白直接影响基因组3D结构 来自染色质,导致DNA环的丧失。我们的发现和其他报告表明我们缺乏 充分了解染色质循环如何参与基因表达程序的执行。一个 关于基因组3D结构和转录如何相互调节的更详细的观点对于解释至关重要 监管程序如何在基因组中编码,并对研究基因组产生重要影响 在生物医学研究的几乎所有领域都起作用。该提案的利用最近开发了试剂, 敏感的分析技术,以研究基因组3D结构如何影响转录,并相互影响 转录如何影响强大的转录刺激的基因组3D结构。通过分析 新生的转录启动(CSRNA-SEQ),我们将系统地表征染色质循环的损失 影响启动子和增强子元件的诱导转录,并检查3D的扰动 结构会影响远端调节元件及其目标基因之间的功能通信。这 提案还将探讨转录激活本身如何调节染色质循环形成或 解离。这些研究将揭示染色质3D结构和转录如何相互影响以及 将有助于改善基因组中编码的监管计划的解释。

项目成果

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