HM
Hulkar Mamayusupova
Author with expertise in Regulation of Chromatin Structure and Function
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CTCF-dependent chromatin boundaries formed by asymmetric nucleosome arrays with decreased linker length

Christopher Clarkson et al.Apr 25, 2019
The CCCTC-binding factor (CTCF) organises the genome in 3D through DNA loops and in 1D by setting boundaries isolating different chromatin states, but these processes are not well understood. Here we focus on the relationship between CTCF binding and the decrease of the Nucleosome Repeat Length (NRL) for ∼20 adjacent nucleosomes, affecting up to 10% of the mouse genome. We found that the chromatin boundary near CTCF is created by the nucleosome-depleted region (NDR) asymmetrically located >40 nucleotides 5’-upstream from the centre of CTCF motif. The strength of CTCF binding to DNA is correlated with the decrease of NRL near CTCF and anti-correlated with the level of asymmetry of the nucleosome array. Individual chromatin remodellers have different contributions, with Snf2h having the strongest effect on the NRL decrease near CTCF and Chd4 playing a major role in the symmetry breaking. Upon differentiation of embryonic stem cells to neural progenitor cells and embryonic fibroblasts, a subset of common CTCF sites preserved in all three cell types maintains a relatively small local NRL despite genome-wide NRL increase. The sites which lost CTCF upon differentiation are characterised by nucleosome rearrangement 3’-downstream, but the boundary defined by the NDR 5’-upstream of CTCF motif remains.
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Nucleosome reorganisation in breast cancer tissues

Divya Jacob et al.Jan 1, 2023
Nucleosome repositioning in cancer is believed to cause many changes in genome organisation and gene expression. Understanding these changes is important to elucidate fundamental aspects of cancer. It is also important for medical diagnostics based on cell-free DNA (cfDNA), which originates from genomic DNA regions protected from digestion by nucleosomes. Here we have generated high resolution nucleosome maps in paired tumour and normal tissues from the same breast cancer patients using MNase-assisted histone H3 ChIP-seq and compared them with the corresponding cfDNA from blood plasma. This analysis has detected single-nucleosome repositioning at key regulatory regions in a patient-specific manner and common cancer-specific patterns across patients. The nucleosomes gained in tumour versus normal tissue were particularly informative of cancer pathways, with ~20-fold enrichment at CpG islands, a large fraction of which marked promoters of genes encoding DNA-binding proteins. In addition, tumour tissues were characterised by a 5-10 bp decrease in the average distance between nucleosomes (nucleosome repeat length, NRL), which is qualitatively similar to the differences between pluripotent and differentiated cells. These effects were correlated with gene activity, DNA sequence repeats abundance, differential DNA methylation and binding of linker histone variants H1.4 and H1X. Our findings provide a new mechanistic understanding of nucleosome repositioning in tumour tissues that can be valuable for patient stratification and monitoring using liquid biopsies.