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KRAB-dCas9 + DNMT3 和 Ezh2-dCas9 + 可遗传基因沉默的决定因素
精准表观基因组编辑作为一种在不改变遗传信息的情况下调节基因表达的方法，已引起广泛关注。然而，一个主要的限制因素是基因表达变化往往是暂时的，不像自然界中经常发生的终生表观遗传变化。在这里，我们系统地探究了基于 CRISPR / dCas9 的表观基因组编辑器 (Epi-dCas9) 设计持久表观遗传沉默的能力。我们阐明了有助于表观遗传重编程差异稳定性的顺式调控特征，例如活跃转录组蛋白标记 H3K36me3 和 H3K27ac 分别与对短期抑制的抵抗力和对长期沉默的抵抗力密切相关。H3K27ac 与 DNA 甲基化的增加呈负相关。有趣的是，仅当使用 KRAB-dCas9 和可靶向 DNA 甲基转移酶 (DNMT3A-dCas9 + DNMT3L) 组合时才观察到对 H3K27ac 的依赖，而当用可靶向 H3K27 组蛋白甲基转移酶 Ezh2 替换 KRAB 时则未观察到。此外，可编程 Ezh2 / DNMT3A + L 处理显示出增强的局部 DNA 甲基化工程，并且对不同的染色质状态不敏感。我们的结果强调了局部染色质特征对于可编程沉默的遗传性的重要性以及对基于 KRAB 和 Ezh2 的表观遗传编辑平台的差异响应。本研究获得的信息为理解上下文线索以更可预测地设计持久沉默提供了基本见解。
KRAB-dCas9 + DNMT3 和 Ezh2-dCas9 + DNMT3 命中并逃逸表观基因组编辑的可遗传基因沉默决定因素
精准表观基因组编辑作为一种在不改变遗传信息的情况下调节基因表达的方法，已引起广泛关注。然而，一个主要的限制因素是基因表达变化往往是暂时的，不像自然界中经常发生的终生表观遗传变化。在这里，我们系统地探究了基于 CRISPR / dCas9 的表观基因组编辑器 (Epi-dCas9) 设计持久表观遗传沉默的能力。我们阐明了有助于表观遗传重编程差异稳定性的顺式调控特征，例如活跃转录组蛋白标记 H3K36me3 和 H3K27ac 分别与对短期抑制的抵抗力和对长期沉默的抵抗力密切相关。H3K27ac 与 DNA 甲基化的增加呈负相关。有趣的是，仅当使用 KRAB-dCas9 和可靶向 DNA 甲基转移酶 (DNMT3A-dCas9 + DNMT3L) 组合时才观察到对 H3K27ac 的依赖，而当用可靶向 H3K27 组蛋白甲基转移酶 Ezh2 替换 KRAB 时则未观察到。此外，可编程 Ezh2 / DNMT3A + L 处理显示出增强的局部 DNA 甲基化工程，并且对不同的染色质状态不敏感。我们的结果强调了局部染色质特征对于可编程沉默的遗传性的重要性以及对基于 KRAB 和 Ezh2 的表观遗传编辑平台的差异响应。本研究获得的信息为理解上下文线索以更可预测地设计持久沉默提供了基本见解。
通过远程相互作用的顺式
摘要解释非编码GWAS变体的功能意义仍然具有挑战性。虽然与细胞类型的特定顺式调节元件（CRE）共定位变体促进了我们的理解，但许多变体仍然无关。在这项研究中，我们提出了Gem-Finder（用于精细发现启动子链接变体的基因组元素映射），这是一个新型的分析框架，该框架整合了转录组，表观基因组（H3K27AC CHIP-SEQ）和染色质相互作用数据。Gem-Finder利用远程染色质相互作用来识别连接特定细胞类型的差异表达基因的CR。当我们将宝石 - 芬德用于内皮分化时，与主要针对细胞类型特异性CRE的常规方法不同，Gem-Finder识别出7.6倍的疾病/性状关联。具体而言，通过整合转录组，表观基因组（尤其是H3K27AC CHIP-SEQ）和内皮分化过程中的远程染色质相互作用，我们确定了与分化特异性基因相关的CRE。我们的丰富分析揭示了53种人类疾病/特征的共同和独特的关联。值得注意的是，其中大多数（68％）以特定于分化的方式表现出独特的关联。血液学特征和神经精神疾病主要与内皮分化的最后阶段有关，而几种复杂的疾病（例如结直肠癌（CRC））与后期意外相关。我们的发现强调了利用远程染色质相互作用以准确识别与疾病相关的CRE在非编码GWAS变体的功能表征中的重要性。
表观遗传和代谢变化的弥漫性内在蓬托马瘤
弥漫性中线神经胶质瘤（DMG），迄今被称为弥漫性内在蓬托胶质瘤（DIPG），是一种罕见且具有侵略性的脑癌形式，主要影响儿童。尽管尚不清楚DMG/DIPG的确切原因，但在编码His-Tone H3蛋白的基因中，DMG/DIPG肿瘤的很大一部分含有突变，特别是H3K27M突变。该突变降低了H3K27ME3的水平，H3K27ME3是一种组蛋白修饰，在通过表观遗传调节调节基因表达中起着至关重要的作用。突变还改变了Polycomb抑制复合物2（PRC2）的功能，从而防止了与癌症发展相关的基因的抑制。由组蛋白H3突变引起的H3K27ME3的降低伴随着H3K27AC的水平增加，H3K27AC的水平是与主动转录有关的翻译后修饰。失调明显影响基因表达，从而通过促进不受控制的细胞增殖，肿瘤生长和代谢来促进癌症的发展和进展。DMG/DIPG改变蛋氨酸和三羧酸周期的代谢，以及葡萄糖和谷氨酰胺摄取。已经对表观遗传和代谢变化在DMG/DIPG发育中的作用进行了广泛的研究，并且了解这些变化对于开发针对这些途径的疗法至关重要。目前正在进行研究以确定DMG/DIPG的新治疗靶标，这可能导致这种毁灭性疾病的有效治疗发展。
胚胎DNA甲基化程序通过CTCF拮抗作用调节顺式调节景观
1。巴黎大学，CNRS，Institut Jacques Monod，F-75013法国2。CEA，CEA，CNRS，CNRS综合生物学研究所（I2BC），法国F-91998 GIF-SUR-YVETTE，法国 *这些作者同样贡献了†对应：Maxim.greenberg@ijm.fr摘要，在哺乳动物的胚胎生成期间，两种甲基元素（5-Cyylimens）（5-Cyylimens）（ （3D）在称为“表观遗传重编程”的过程中对染色质结构进行了深刻的重塑。表观遗传重编程的一个研究的方面是5mec通量本身如何影响3D基因组。 鉴于DNA结合对染色体折叠的关键调节剂的5mec-敏感性：CTCF。 我们使用小鼠胚胎干细胞（ESC）分化方案对CTCF结合景观进行了介绍，该方案模拟了幼稚多能的退出，其中全局DNA甲基化水平在四天内开始较低，并在四天内提高到躯体水平。 我们利用了这一事实，即缺乏DNA甲基化机制的小鼠ESC表现出全球相似的分化动力学，从而使CTCF不正调对基因表达的更微妙作用进行解剖。 我们通过在野生型和突变条件下进行CTCF HICHIP来评估异常的CTCF-CTCF接触，在没有5mec的情况下。 ，鉴于H3K27AC在主动启动子和增强子上富含H3K27AC，我们继续评估了错误调节的CTCF结合对顺式调节接触的影响。 使用DNA甲基化表观组编辑，我们能够直接证明DNA甲基马克能够影响CTCF结合。CEA，CEA，CNRS，CNRS综合生物学研究所（I2BC），法国F-91998 GIF-SUR-YVETTE，法国 *这些作者同样贡献了†对应：Maxim.greenberg@ijm.fr摘要，在哺乳动物的胚胎生成期间，两种甲基元素（5-Cyylimens）（5-Cyylimens）（ （3D）在称为“表观遗传重编程”的过程中对染色质结构进行了深刻的重塑。表观遗传重编程的一个研究的方面是5mec通量本身如何影响3D基因组。鉴于DNA结合对染色体折叠的关键调节剂的5mec-敏感性：CTCF。我们使用小鼠胚胎干细胞（ESC）分化方案对CTCF结合景观进行了介绍，该方案模拟了幼稚多能的退出，其中全局DNA甲基化水平在四天内开始较低，并在四天内提高到躯体水平。我们利用了这一事实，即缺乏DNA甲基化机制的小鼠ESC表现出全球相似的分化动力学，从而使CTCF不正调对基因表达的更微妙作用进行解剖。我们通过在野生型和突变条件下进行CTCF HICHIP来评估异常的CTCF-CTCF接触，在没有5mec的情况下。，鉴于H3K27AC在主动启动子和增强子上富含H3K27AC，我们继续评估了错误调节的CTCF结合对顺式调节接触的影响。使用DNA甲基化表观组编辑，我们能够直接证明DNA甲基马克能够影响CTCF结合。最后，对印迹ZDBF2基因的详细解剖表明，CTCF的5mec-抗抗酸如何允许分化过程中适当的基因调节。这项工作提供了全面的概述，概述了DNA甲基化如何影响早期胚胎事件的相关模型中的3D基因组。
自动切割和跑步将可扩展的表观基因组分析带入精密药物
图5。High-resolution profiling of FACS-isolated type 3 innate lymphoid cells (ILCs) using autoCUT&RUN identifies unique genomic compartments, including active regulatory elements (H3K4me1, H3K27ac), promoters (H3K4me3), and gene bodies (H3K36me3), as well as repressed genes (H3K27me3) and转录因子结合位点（CTCF）（a）。比较FACS分离的原代小鼠粒细胞，3型ILC和天然杀伤细胞（LY49H+）的目标图显示出明显的H3K4ME3（启动子）和H3K27ME3（抑制基因）剖面（B）。所有由Inmger制备和提供的细胞，每反应以10,000个核测定。
预测基于 CRISPR-Cas9 的表观基因组编辑的效果
摘要表观遗传调控协调哺乳动物转录，但它们之间的功能联系仍然难以捉摸。为了解决这个问题，我们使用来自 13 种 ENCODE 细胞类型的表观基因组和转录组数据来训练机器学习模型，以预测组蛋白翻译后修饰 (PTM) 的基因表达，对于大多数细胞类型，实现了 ∼0.70 −0.79 的转录组范围相关性。我们的模型重现了组蛋白 PTM 和表达模式之间的已知关联，包括预测转录起始位点 (TSS) 附近的组蛋白亚基 H3 赖氨酸残基 27 (H3K27ac) 的乙酰化会显著提高表达水平。为了通过实验验证这一预测，并研究 H3K27ac 的天然沉积与人工沉积对表达的影响，我们将合成的 dCas9-p300 组蛋白乙酰转移酶系统应用于 HEK293T 细胞系中的 8 个基因和 K562 细胞系中的 5 个基因。此外，为了便于建立模型，我们执行 MNase-seq 来绘制 HEK293T 中全基因组核小体占有水平。我们观察到，我们的模型在准确排序基因对 dCas9-p300 系统的相对倍数变化方面表现良好；然而，与根据其天然表观遗传特征预测跨细胞类型的表达相比，它们对单个基因内倍数变化进行排序的能力明显减弱。我们的研究结果强调，我们需要更全面的基因组规模表观基因组编辑数据集，更好地理解表观基因组编辑工具所做的实际修改，以及改进因果模型，以便更好地从内源性细胞测量转移到扰动实验。这些改进将共同促进理解和可预测地控制动态人类表观基因组的能力，以及对人类健康的影响。
遗传学
Cas，CRISPR 相关；CRISPR，成簇的规律间隔的短回文重复序列；CRISPRa，CRISPR 介导的转录激活；CRISPRi，CRISPR 介导的转录抑制；crRNA，CRISPR RNA；crRNP，CRISPR 核糖核蛋白；dCas9，核酸酶失活 Cas9；DSB，双链断裂；dsDNA，双链 DNA；dsODN，双链寡脱氧核苷酸；gRNA，向导 RNA；H3K27ac，组蛋白 H3 赖氨酸 27 乙酰化；H3K4me1，组蛋白 H3 赖氨酸 4 单甲基化；LAM-PCR，线性扩增介导的 PCR；LSD1，赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶 1；MCP，MS2 外壳蛋白；MOI，感染复数； p65AD，核因子-κB反式激活亚基激活结构域；PAM，原型间隔区相邻基序；RNAi，RNA干扰；scFV，单链可变片段；sfGFP，超折叠GFP；sgRNA，单向导RNA；ssRNA，单链RNA。
与神经胶质瘤风险相关的20q13.33的功能变体改变了增强子活性，并调节多个基因的表达。
图1与胶质母细胞瘤风险相关的20染色体区域。使用UCSC基因组浏览器，使用铅SNP rs2297440，r 2> .6的LD块定义的区域，使用UCSC基因组浏览器显示了推定的增强元素，其中包含RS2297440的LD中包含SNP的推定增强元素。SNP在该区域的基因下面观察到。seq轨道，来自SNP以下NHA的H3K4ME1表明潜在的增强子元素。区域1表示在荧光素酶测定中没有增强剂活性的区域。区域2表示等位基因特异性增强子区域，其中包括RS3761124（标有星号）。区域3和4表示表现出增强剂活性但不受单倍型影响的区域。应注意，测试的增强剂活动的区域的大小不是扩展。ld，连锁不平衡； SNP，单核苷酸多态性；加利福尼亚大学圣克鲁斯大学UCSC
组蛋白去乙酰化酶复合物 MiDAC 调节神经发育基因表达程序以控制神经突生长
摘要有丝分裂脱乙酰酶复合物 (MiDAC) 是一种最近发现的组蛋白脱乙酰酶 (HDAC) 复合物。虽然其他 HDAC 复合物与神经发生有关，但 MiDAC 的生理作用仍然未知。在这里，我们表明 MiDAC 是神经分化的重要调节器。我们证明 MiDAC 可作为神经发育基因表达程序的调节器，并与神经突生长的重要调节器结合。MiDAC 通过一种暗示启动子和增强子上 H4K20ac 去除的机制上调促神经基因（例如编码分泌配体 SLIT3 和 NETRIN1 (NTN1) 的基因）的表达。相反，MiDAC 通过减少神经发生负调节因子的启动子近端和远端元件上的 H3K27ac 来抑制基因表达。此外，MiDAC 的缺失会导致神经突生长缺陷，可以通过补充 SLIT3 和/或 NTN1 来挽救。这些发现表明 MiDAC 在调节 SLIT3 和 NTN1 信号轴的配体以确保神经突发育的正确完整性方面发挥着至关重要的作用。