Ацетилирование гистонов по-разному модулирует петли CTCF‑CTCF и внутритадные взаимодействия

Комплекс cohesin формирует межфазный геном посредством экструзии петель и организации топологически ассоциирующихся доменов (TAD). Хотя cohesin взаимодействует с хроматином в режимах, зависящих от контекста, регуляторное влияние состояния хроматина на эти взаимодействия остается неясным. В настоящей работе мы показываем, что гиперацетилирование гистонов, индуцированное ингибитором гистоновых деацетилаз трихостатином A (TSA), преимущественно нарушает краткодействующие взаимодействия внутри TAD, но сохраняет петли, закреплённые CTCF, несмотря на снижение локальной занятости cohesin на этих сайтах. Эти данные указывают на две функционально отличные популяции cohesin: чувствительную к TSA фракцию внутри TAD, вероятно представляющую экструдирующий, не топологически захваченный cohesin, и устойчивую к TSA популяцию на якорях CTCF‑CTCF, которая поддерживает петли за счёт топологического замыкания. С использованием полуинвитро системы с TEV‑расщепляемым RAD21 мы показываем, что устойчивый к TSA cohesin на сайтах CTCF становится чувствительным к TSA после протеолитического расщепления, которое открывает кольцо cohesin, что демонстрирует: именно топологическое взаимодействие с ДНК делает cohesin и петли CTCF‑CTCF устойчивыми к TSA. Примечательно, что мы также обнаруживаем чувствительный к TSA cohesin на сайтах CTCF, что предполагает наличие транзиторного, не охватывающего ДНК cohesin, который либо предшествует превращению в стабильную форму, либо задерживается уже существующим охватывающим cohesin. В совокупности наши результаты свидетельствуют о существовании у cohesin различных биохимических состояний: экструдирующей формы, обнаруживаемой внутри TAD и на сайтах CTCF и чувствительной к гиперацетилированию, и топологически связанной формы, специфичной для петель CTCF‑CTCF и нечувствительной к нему. Первая может обеспечивать динамические изменения хроматиновых петель, тогда как вторая обеспечивает устойчивость петель, закреплённых CTCF, при изменениях состояния хроматина.