Despite an abundance of new studies about topologically associating domains (TADs), the role of genetic information in TAD formation is still not fully understood. Here we use our software, HiCExplorer (hicexplorer.readthedocs.io) to annotate >2800 high-resolution (570 bp) TAD boundaries in Drosophila melanogaster. We identify eight DNA motifs enriched at boundaries, including a motif bound by the M1BP protein, and two new boundary motifs. In contrast to mammals, the CTCF motif is only enriched on a small fraction of boundaries flanking inactive chromatin while most active boundaries contain the motifs bound by the M1BP or Beaf-32 proteins. We demonstrate that boundaries can be accurately predicted using only the motif sequences at open chromatin sites. We propose that DNA sequence guides the genome architecture by allocation of boundary proteins in the genome. Finally, we present an interactive online database to access and explore the spatial organization of fly, mouse and human genomes, available at http://chorogenome.ie-freiburg.mpg.de .

Site‐specific acetylation of histone H4 by MOF is central to establishing the hyperactive male X chromosome in Drosophila . MOF belongs to the MYST family of histone acetyltransferases (HATs) characterized by an unusual C 2 HC‐type zinc finger close to their HAT domains. The function of these rare zinc fingers is unknown. We found that this domain is essential for HAT activity, in addition to the established catalytic domain. MOF uses its zinc finger to contact the globular part of the nucleosome as well as the histone H4 N‐terminal tail substrate. Point mutations that leave the zinc‐finger structure intact nevertheless abolish its interaction with the nucleosome. Our data document a novel role of the C 2 HC‐type finger in nucleosome binding and HAT activity.

Dosage compensation in Drosophila involves a 2-fold increase in transcription from the single male X relative to the two female X chromosomes. Regulation at the level of the chromosome involves alterations in chromatin organization: male X chromosomes appear decondensed and are marked by acetylation of histone H4 at lysine 16. We demonstrate that MOF, a protein required for dosage compensation with significant sequence similarity to the MYST family of acetyltransferases, is a histone acetyltransferase that acetylates chromatin specifically at histone H4 lysine 16. This acetylation relieves chromatin-mediated repression of transcription in vitro and in vivo if MOF is targeted to a promoter by fusion to a DNA-binding domain. Acetylation of chromatin by MOF, therefore, appears to be causally involved in transcriptional activation during dosage compensation.

Dosage compensation in Drosophila is dependent on MSL proteins and involves hypertranscription of the male X chromosome, which ensures equal X-linked gene expression in both sexes. Here, we report the purification of enzymatically active MSL complexes from Drosophila embryos, Schneider cells, and human HeLa cells. We find a stable association of the histone H4 lysine 16-specific acetyltransferase MOF with the RNA/protein containing MSL complex as well as with an evolutionary conserved complex. We show that the MSL complex interacts with several components of the nuclear pore, in particular Mtor/TPR and Nup153. Strikingly, knockdown of Mtor or Nup153 results in loss of the typical MSL X-chromosomal staining and dosage compensation in Drosophila male cells but not in female cells. These results reveal an unexpected physical and functional connection between nuclear pore components and chromatin regulation through MSL proteins, highlighting the role of nucleoporins in gene regulation in higher eukaryotes.

Microglia are the resident macrophages of the central nervous system (CNS). Their phagocytic activity is central during brain development and homeostasis-and in a plethora of brain pathologies. However, little is known about the composition, dynamics, and function of human microglial phagosomes under homeostatic and pathological conditions. Here, we developed a method for rapid isolation of pure and intact phagosomes from human pluripotent stem cell-derived microglia under various in vitro conditions, and from human brain biopsies, for unbiased multiomic analysis. Phagosome profiling revealed that microglial phagosomes were equipped to sense minute changes in their environment and were highly dynamic. We detected proteins involved in synapse homeostasis, or implicated in brain pathologies, and identified the phagosome as the site where quinolinic acid was stored and metabolized for de novo nicotinamide adenine dinucleotide (NAD

Eukaryotic chromatin is partitioned into domains called TADs that are broadly conserved between species and virtually identical among cell types within the same species. Previous studies in mammals have shown that the DNA binding protein CTCF and cohesin contribute to a fraction of TAD boundaries. Apart from this, the molecular mechanisms governing this partitioning remain poorly understood. Using our new software, HiCExplorer, we annotated high-resolution (570 bp) TAD boundaries in flies and identified eight DNA motifs enriched at boundaries. Known insulator proteins bind five of these motifs while the remaining three motifs are novel. We find that boundaries are either at core promoters of active genes or at non-promoter regions of inactive chromatin and that these two groups are characterized by different sets of DNA motifs. In contrast to mammals, the CTCF motif is only present on 2% of boundaries in flies. Most boundaries are present at divergent promoters of constitutively expressed genes and the gene expression tends to be coordinated within TADs. We demonstrate that boundaries can be accurately predicted using only the motif sequences, along with open chromatin, suggesting that DNA sequence encodes the 3D genome architecture in flies. Finally, we present an interactive online database to access and explore the spatial organization of fly, mouse and human genomes, available at http://chorogeome.ie-freiburg.mpg.de.

Epigenetic dysregulation has emerged as an important etiological mechanism of neurodevelopmental disorders (NDDs). Pathogenic variation in epigenetic regulators can impair deposition of histone post-translational modifications leading to aberrant spatiotemporal gene expression during neurodevelopment. The male-specific lethal (MSL) complex is a prominent multi-subunit epigenetic regulator of gene expression and is responsible for histone 4 lysine 16 acetylation (H4K16ac). Using exome sequencing, here we identify a cohort of 25 individuals with heterozygous de novo variants in MSL complex member MSL2. MSL2 variants were associated with NDD phenotypes including global developmental delay, intellectual disability, hypotonia, and motor issues such as coordination problems, feeding difficulties, and gait disturbance. Dysmorphisms and behavioral and/or psychiatric conditions, including autism spectrum disorder, and to a lesser extent, seizures, connective tissue disease signs, sleep disturbance, vision problems, and other organ anomalies, were observed in affected individuals. As a molecular biomarker, a sensitive and specific DNA methylation episignature has been established. Induced pluripotent stem cells (iPSCs) derived from three members of our cohort exhibited reduced MSL2 levels. Remarkably, while NDD-associated variants in two other members of the MSL complex (MOF and MSL3) result in reduced H4K16ac, global H4K16ac levels are unchanged in iPSCs with MSL2 variants. Regardless, MSL2 variants altered the expression of MSL2 targets in iPSCs and upon their differentiation to early germ layers. Our study defines an MSL2-related disorder as an NDD with distinguishable clinical features, a specific blood DNA episignature, and a distinct, MSL2-specific molecular etiology compared to other MSL complex-related disorders.

Genome rearrangements that occur during evolution impose major challenges on regulatory mechanisms that rely on three-dimensional genome architecture. Here, we developed a scaffolding algorithm and generated chromosome-length assemblies from Hi-C data for studying genome topology in three distantly related Drosophila species. We observe extensive genome shuffling between these species with one synteny breakpoint after approximately every six genes. A/B compartments, a set of large gene-dense topologically associating domains (TADs) and spatial contacts between high-affinity sites (HAS) located on the X chromosome are maintained over 40 million years, indicating architectural conservation at various hierarchies. Evolutionary conserved genes cluster in the vicinity of HAS, while HAS locations appear evolutionarily flexible, thus uncoupling functional requirement of dosage compensation from individual positions on the linear X chromosome. Therefore, 3D architecture is preserved even in scenarios of thousands of rearrangements highlighting its relevance for essential processes such as dosage compensation of the X chromosome.