Distant-acting tissue-specific enhancers, which regulate gene expression, vastly outnumber protein-coding genes in mammalian genomes, but the functional importance of this regulatory complexity remains unclear. Here we show that the pervasive presence of multiple enhancers with similar activities near the same gene confers phenotypic robustness to loss-of-function mutations in individual enhancers. We used genome editing to create 23 mouse deletion lines and inter-crosses, including both single and combinatorial enhancer deletions at seven distinct loci required for limb development. Unexpectedly, none of the ten deletions of individual enhancers caused noticeable changes in limb morphology. By contrast, the removal of pairs of limb enhancers near the same gene resulted in discernible phenotypes, indicating that enhancers function redundantly in establishing normal morphology. In a genetic background sensitized by reduced baseline expression of the target gene, even single enhancer deletions caused limb abnormalities, suggesting that functional redundancy is conferred by additive effects of enhancers on gene expression levels. A genome-wide analysis integrating epigenomic and transcriptomic data from 29 developmental mouse tissues revealed that mammalian genes are very commonly associated with multiple enhancers that have similar spatiotemporal activity. Systematic exploration of three representative developmental structures (limb, brain and heart) uncovered more than one thousand cases in which five or more enhancers with redundant activity patterns were found near the same gene. Together, our data indicate that enhancer redundancy is a remarkably widespread feature of mammalian genomes that provides an effective regulatory buffer to prevent deleterious phenotypic consequences upon the loss of individual enhancers.

The habitual use of expressive suppression as an emotion regulation strategy has been consistently linked to adverse outcomes in a number of domains, including psychological functioning. The present study aimed to uncover whether the suppression-health relationship is dependent on cultural context, given differing cultural norms surrounding the value of suppressing emotional displays. We hypothesized that the negative associations between suppression and psychological functioning seen in European Americans would not be seen among members of East Asian cultures, in which emotional restraint is relatively encouraged over emotional expression. To test this hypothesis, we asked 71 European American students and 100 Chinese students from Hong Kong to report on their use of expressive suppression, life satisfaction, and depressed mood. A moderation analysis revealed that expressive suppression was associated with adverse psychological functioning for European Americans, but not for Chinese participants. These findings highlight the importance of context in understanding the suppression-health relationship.

The Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) project has established a genomic resource for mammalian development, profiling a diverse panel of mouse tissues at 8 developmental stages from 10.5 days after conception until birth, including transcriptomes, methylomes and chromatin states. Here we systematically examined the state and accessibility of chromatin in the developing mouse fetus. In total we performed 1,128 chromatin immunoprecipitation with sequencing (ChIP-seq) assays for histone modifications and 132 assay for transposase-accessible chromatin using sequencing (ATAC-seq) assays for chromatin accessibility across 72 distinct tissue-stages. We used integrative analysis to develop a unified set of chromatin state annotations, infer the identities of dynamic enhancers and key transcriptional regulators, and characterize the relationship between chromatin state and accessibility during developmental gene regulation. We also leveraged these data to link enhancers to putative target genes and demonstrate tissue-specific enrichments of sequence variants associated with disease in humans. The mouse ENCODE data sets provide a compendium of resources for biomedical researchers and achieve, to our knowledge, the most comprehensive view of chromatin dynamics during mammalian fetal development to date.

Abstract Transcriptional enhancers are a predominant class of noncoding regulatory elements that activate cell type-specific gene expression. Tissue-specific enhancer-associated chromatin signatures have proven useful to identify candidate enhancer elements at a genome-wide scale, but their sensitivity for the comprehensive detection of all enhancers active in a given tissue in vivo remains unclear. Here we show that a substantial proportion of in vivo enhancers are hidden from discovery by conventional chromatin profiling methods. In an initial comparison of over 1,200 in vivo validated tissue-specific enhancers with tissue-matched mouse developmental epigenome data, 14% (n=286) of active enhancers did not show canonical enhancer-associated chromatin signatures in the tissue in which they are active. To assess the prevalence of enhancers not detectable by conventional chromatin profiling approaches in more detail, we used a high throughput transgenic enhancer reporter assay to systematically screen over 1.3 Mb of mouse genomic sequence at two critical developmental loci, assessing a total of 281 consecutive 5kb regions for in vivo enhancer activity in mouse embryos. We observed reproducible enhancer-reporter activity in 88 tissue-specific elements, 26% of which did not show canonical enhancer-associated chromatin signatures in the corresponding tissues. Overall, we find these hidden enhancers are indistinguishable from marked enhancers based on levels of evolutionary conservation, enrichment of transcription factor families, and genomic positioning relative to putative target genes. In combination, our retrospective and prospective studies assessed only 0.1% of the mouse genome and identified 309 tissue-specific enhancers that are hidden from current chromatin-based enhancer identification approaches. Our findings suggest the existence of tens of thousands of active enhancers throughout the genome that remain undetected by current chromatin profiling approaches and are an unappreciated source of additional genome function of import in interpreting growing whole human genome sequencing data.

Embryogenesis requires epigenetic information that allows each cell to respond appropriately to developmental cues. Histone modifications are core components of a cells epigenome, giving rise to chromatin states that modulate genome function. Here, we systematically profile histone modifications in a diverse panel of mouse tissues at 8 developmental stages from 10.5 days post conception until birth, performing a total of 1,128 ChIP-seq assays across 72 distinct tissue-stages. We combine these histone modification profiles into a unified set of chromatin state annotations, and track their activity across developmental time and space. Through integrative analysis we identify dynamic enhancers, reveal key transcriptional regulators, and characterize the role of chromatin-based repression in developmental gene regulation. We also leverage these data to link enhancers to putative target genes, revealing connections between coding and non-coding sequence variation in disease etiology. Our study provides a compendium of resources for biomedical researchers, and achieves the most comprehensive view of embryonic chromatin states to date.