ABSTRACT Since its discovery as an Immunodeficiency with Centromeric instability and Facial anomalies syndrome-causative gene, ZBTB24 has emerged as a key player in DNA methylation, immunity and development. By extensively analyzing ZBTB24 genomic functions in ICF-relevant mouse and human cellular models, we revealed here its multiple facets as a transcription factor, with key roles in immune response-related genes expression and also in early embryonic development. Using a constitutive Zbtb24 ICF-like mutant and an auxin-inducible degron system in mouse embryonic stem cells, we showed that ZBTB24 is recruited to centromeric satellite DNA where it is required to establish the correct DNA methylation patterns through the recruitment of DNMT3B. Thus, our results further revealed an essential role for ZBTB24 at human and mouse centromeric satellite arrays, as a transcriptional repressor. Together, we unveiled unprecedented functions of ZBTB24 at human and mouse centromeres by directly controlling DNA methylation and transcription of the underlying tandem satellite repeats.

DNA methylation (DNAme) is a key epigenetic mark that regulates critical biological processes maintaining overall genome stability. Given its pleiotropic function, studies of DNAme dynamics are crucial, but currently available tools to interfere with DNAme have limitations and major cytotoxic side effects. Here, we present untransformed and cancer cell models that allow inducible and reversible global modulation of DNAme through DNMT1 depletion. By dynamically assessing the effects of induced passive demethylation through cell divisions at both the whole genome and locus-specific level, we reveal a cooperative activity between DNMT1 and DNMT3B to maintain and control DNAme. Moreover, we show that gradual loss of DNAme is accompanied by progressive and reversible changes in heterochromatin abundance, compartmentalization, and peripheral localization. DNA methylation loss coincided with a gradual reduction of cell fitness due to G1 arrest, but with minor level of mitotic failure. Altogether, this powerful system allows DNMT and DNA methylation studies with fine temporal resolution, which may help to reveal the etiologic link between DNA methylation dysfunction and human disease.

ABSTRACT Testicular cancer is an increasing burden in modern societies and the most common malignancy among young adult males. Environment contaminants, especially endocrine disrupting compounds (EDC), may play a significant role in the development of these cancers through epigenetic alterations occurring during fetal and neonatal development. As long-term studies in humans and suitable experimental models with the potential to develop testicular cancer are lacking, no causal link can be established between endocrine disruptor exposure and testicular cancer incidence. Therefore, we developed an experimental model that recapitulates the differentiation of germ cells from primordial germ cells (pluripotency) into spermatocytes (meiosis) by using xenografted human fetal testis combined with germ cell transplantation into adult testis compartments. Using this model, we demonstrate that long-term fetal exposure (until 12 weeks) to a mixture of Di-2-ethylhexylphthalate (DEHP) and Bisphenol A (BPA), two most prevalent plasticizers, could interfere with fetal germ cell differentiation, leading to carcinogenesis and seminomas. Transcriptome, methylome, and histological analyses reveal that BPA/DEHP exposure induced some significant hallmarks of germ cell tumors to occur: persistent pluripotent and proliferative germ cells, global hypomethylation of CpGs in germ cells, abnormal expression of meiotic markers and fibrotic signatures in fetal testis. Additionally, we found that EDC-exposed fetal germ cells were more likely to develop seminoma in a context that allows spermatogenesis to begin. This study proposes the first experimental evidence that EDC exposure can cause long-term, irreversible lesions in fetal germ cells, which then lead to testicular tumorigenesis in adults.

Abstract Since its discovery as a causative gene of the Immunodeficiency with Centromeric instability and Facial anomalies syndrome, ZBTB24 has emerged as a key player in DNA methylation, immunity and development. By extensively analyzing ZBTB24 genomic functions in ICF-relevant mouse and human cellular models, we document here its multiple facets as a transcription factor, with key roles in immune response-related genes expression and also in early embryonic development. Using a constitutive Zbtb24 ICF-like mutant and an auxin-inducible degron system in mouse embryonic stem cells, we showed that ZBTB24 is recruited to centromeric satellite DNA where it is required to establish and maintain the correct DNA methylation patterns through the recruitment of DNMT3B. The ability of ZBTB24 to occupy centromeric satellite DNA is conserved in human cells. Together, our results unveiled an essential and underappreciated role for ZBTB24 at mouse and human centromeric satellite repeat arrays by controlling their DNA methylation and transcription status.