Транскрипция формирует трехмерную организацию хроматина посредством взаимодействия с выталкиванием петель

Кохезин сворачивает хромосомы интерфазы млекопитающих, выталкивая хроматиновое волокно в многочисленные петли. «Выталкивание петель» может быть препятствовано факторами, связанными с хроматином, такими как CTCF, что формирует характерные и функциональные паттерны организации хроматина. Предполагалось, что транскрипция релокализует или вмешивается в работу кохезина, и что активные промоторы являются местами загрузки кохезина. Однако эффекты транскрипции на кохезин не были согласованы с наблюдениями активного выталкивания, осуществляемого кохезином. Чтобы выяснить, как транскрипция модулирует выталкивание, мы исследовали клетки мыши, в которых можно было изменять количество, динамику и локализацию кохезина посредством генетических нокаутов регуляторов кохезина CTCF и Wapl. С помощью экспериментов Hi-C мы обнаружили сложные, зависящие от кохезина контактные паттерны вблизи активных генов. Организация хроматина вокруг активных генов демонстрировала признаки взаимодействий между транскрибирующими РНК-полимеразами (RNAP) и выталкивающими кохезинами. Эти наблюдения можно было воспроизвести с помощью полимерных моделирований, в которых RNAP выступали в роли «движущихся барьеров» для выталкивания, которые препятствовали, замедляли и продвигали кохезины. Моделирование предсказало, что предпочтительная загрузка кохезина на промоторах несовместима с нашими экспериментальными данными. Дополнительные эксперименты ChIP-seq показали, что предполагаемый загрузчик кохезина Nipbl не преимущественно обогащён на промоторах. Следовательно, мы предлагаем, что кохезин не загружается преимущественно на промоторах и что барьерная функция RNAP объясняет накопление кохезина на активных промоторах. В целом мы выяснили, что RNAP является новым типом барьера для выталкивания, который не является стационарным, а транслоцируется и релокализует кохезин. Взаимодействие выталкивания петель и транскрипции может динамически формировать и поддерживать взаимодействия генов с регуляторными элементами и определять функциональную организацию генома. Заявление о значимости: Выталкивание петель кохезином критично для укладки генома млекопитающих в петли. Выталкивание может быть остановлено белками CTCF, связанными в определённых геномных локусах, что формирует хромосомные домены и может регулировать экспрессию генов. Тем не менее сам процесс транскрипции может модулировать кохезин, перераспределяя хромосомы вблизи активных генов. Через эксперименты и моделирование мы показываем, что транскрибирующие РНК-полимеразы действуют как «движущиеся барьеры» для выталкивающих кохезин. В отличие от стационарных барьеров CTCF, RNAP активно релокализуют кохезин, что создаёт характерные паттерны пространственной организации вокруг активных генов. Наша модель предсказывает, что барьерная функция RNAP может объяснить накопление кохезина на активных промоторах и обеспечивает механизм кластеризации активных промоторов. Через взаимодействия транскрипции и выталкивания клетки могут динамически регулировать функциональные геномные контакты.