Light-activated macromolecular phase separation modulates transcription by reconfiguring chromatin interactions.
Light-activated macromolecular phase separation modulates transcription by reconfiguring chromatin interactions.
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DOI：
10.1126/sciadv.adg1123
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发表时间：
2023-03-31
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Xu, Jian
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kim, Yoon Jung;Lee Jr, Michael;Lee, Yi-Tsang;Jing, Ji;Sanders, Jacob T.;Botten, Giovanni A.;He, Lian;Lyu, Junhua;Zhang, Yuannyu;Mettlen, Marcel;Ly, Peter;Zhou, Yubin;Xu, Jian
生物分子凝聚物参与基因转录的调控，然而核凝聚与转录激活之间的关系仍然是难以捉摸的。在这里，我们设计了一种基于生物素化CRISPR-dCas 9的光遗传学方法，即光激活大分子相分离（LAMPS），以实现在靶向基因组基因座处的核浓缩物的诱导形成、亲和纯化和多组切割。在增强子和启动子处的LAMPS诱导的缩合通过染色质重构激活内源基因转录，导致染色质可及性增加和长程染色体环的从头形成。通过dCas 9介导的亲和纯化的光诱导的缩合物的蛋白质组学分析揭示了大分子组成的多价相互作用依赖性重塑，导致转录共激活因子和染色质结构蛋白的选择性富集。我们的研究结果支持了一个模型，即在天然基因组位点形成核浓缩物重新配置染色质结构和多蛋白组装，以调节基因转录。因此，LAMPS有助于对活细胞中核凝聚、基因组结构和基因转录之间的关系进行机械询问。LAMPS能够在活细胞中诱导形成、亲和纯化和多组学解剖核浓缩物。
Biomolecular condensates participate in the regulation of gene transcription, yet the relationship between nuclear condensation and transcriptional activation remains elusive. Here, we devised a biotinylated CRISPR-dCas9–based optogenetic method, light-activated macromolecular phase separation (LAMPS), to enable inducible formation, affinity purification, and multiomic dissection of nuclear condensates at the targeted genomic loci. LAMPS-induced condensation at enhancers and promoters activates endogenous gene transcription by chromatin reconfiguration, causing increased chromatin accessibility and de novo formation of long-range chromosomal loops. Proteomic profiling of light-induced condensates by dCas9-mediated affinity purification uncovers multivalent interaction-dependent remodeling of macromolecular composition, resulting in the selective enrichment of transcriptional coactivators and chromatin structure proteins. Our findings support a model whereby the formation of nuclear condensates at native genomic loci reconfigures chromatin architecture and multiprotein assemblies to modulate gene transcription. Hence, LAMPS facilitates mechanistic interrogation of the relationship between nuclear condensation, genome structure, and gene transcription in living cells. LAMPS enables inducible formation, affinity purification, and multi-omic dissection of nuclear condensates in living cells.
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