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II 型拓扑异构酶在正超螺旋区域形成多尺度的 3D 染色质折叠。

Type II topoisomerases shape multi-scale 3D chromatin folding in regions of positive supercoils.

机构信息

Institute of Molecular Biology gGmbH, Ackermannweg 4, 55128 Mainz, Germany.

Charité-Universitätsmedizin Berlin, Lindenberger Weg 80, 13125 Berlin, Germany; Max Planck Institute for Molecular Genetics, Ihnestr. 63-⁠73, 14195 Berlin, Germany.

出版信息

Mol Cell. 2024 Nov 21;84(22):4267-4281.e8. doi: 10.1016/j.molcel.2024.10.007. Epub 2024 Oct 31.

DOI:10.1016/j.molcel.2024.10.007
PMID:39486417
Abstract

Type II topoisomerases (TOP2s) resolve torsional stress accumulated during various cellular processes and are enriched at chromatin loop anchors and topologically associated domain (TAD) boundaries, where, when trapped, can lead to genomic instability promoting the formation of oncogenic fusions. Whether TOP2s relieve topological constraints at these positions and/or participate in 3D chromosome folding remains unclear. Here, we combine 3D genomics, imaging, and GapRUN, a method for the genome-wide profiling of positive supercoiling, to assess the role of TOP2s in shaping chromosome organization in human cells. Acute TOP2 depletion led to the emergence of new, large-scale contacts at the boundaries between active, positively supercoiled, and lamina-associated domains. TOP2-dependent changes at the higher-order chromatin folding were accompanied by remodeling of chromatin-nuclear lamina interactions and of gene expression, while at the chromatin loop level, TOP2 depletion predominantly remodeled transcriptionally anchored, positively supercoiled loops. We propose that TOP2s act as a fine regulator of chromosome folding at multiple scales.

摘要

II 型拓扑异构酶(TOP2s)可解决各种细胞过程中积累的扭曲力,并在染色质环锚点和拓扑关联域(TAD)边界处富集,当被捕获时,可导致基因组不稳定性,促进致癌融合的形成。TOP2s 是否在这些位置缓解拓扑约束以及/或参与 3D 染色体折叠仍然不清楚。在这里,我们结合了 3D 基因组学、成像和 GapRUN,一种用于全基因组超螺旋正性分析的方法,以评估 TOP2s 在塑造人类细胞染色体组织中的作用。急性 TOP2 耗竭导致在活跃的、超螺旋的和板层相关区域之间的边界处出现新的、大规模的接触。高阶染色质折叠的 TOP2 依赖性变化伴随着染色质-核层相互作用和基因表达的重塑,而在染色质环水平上,TOP2 耗竭主要重塑转录锚定的、超螺旋的环。我们提出,TOP2s 在多个尺度上作为染色体折叠的精细调节剂发挥作用。

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