Abstract Transcriptional enhancers regulate gene expression in time and space, commonly engaging in long-range chromosomal contacts with gene promoters. However, the relationship between enhancer activity, enhancer-promoter contacts and gene expression is not fully understood. Here, we leveraged human genetic variation as a “natural perturbation” to dissect this relationship, focusing on distal enhancers containing expression quantitative trait loci (eQTLs) – genetic variants linked to specific gene expression levels. We devised eQTL-Capture Hi-C to profile the chromosomal contacts of these loci globally and at high resolution in primary monocytes isolated from 34 donors, and generated chromatin accessibility and gene expression profiles from the same samples. Extending a Bayesian approach that considers both intra- and inter-individual variation, we detected 19 eQTLs linked to distinct promoter contacts, most of which also associated with enhancer accessibility and activity. Capitalising on these shared effects, we next employed a multi-modality Bayesian strategy, identifying hundreds of variants jointly associated with enhancer activity, connectivity, and gene expression. Many of these variants influenced the predicted binding of the architectural protein CTCF and the core myeloid transcription factors GABPA and SPI1; however, they typically did not perturb the canonical binding motifs of these factors. In contrast, one variant associated with PCK2 promoter contact directly disrupted a CTCF binding motif and impacted the insulation of this promoter from downstream enhancers. Finally, many identified QTLs overlapped with disease susceptibility loci, underscoring the potential role of enhancer-promoter communication in mediating the pathological effects of non-coding genetic variation. Jointly, our findings suggest an inherent functional link between the activity and connectivity of enhancers with relevance for human disease, and highlight the role of genetically-determined chromatin boundaries in gene control.

Abstract Innate lymphoid cells (ILCs) are rare tissue-resident “helper” lymphocytes that do not express diversified antigen receptors. Type 3 ILCs (ILC3s) are an important class of these cells enriched in the respiratory and intestinal mucosa, where they regulate inflammation and mucosal homeostasis. To gain insight into the cis-regulatory circuitries underlying ILC3 function, we used high-resolution Capture Hi-C to profile promoter-anchored chromosomal contacts in human primary ILC3s. Combining significant interaction detection with the Activity-By-Contact approach adapted to Capture Hi-C, we reveal a multitude of contacts between promoters and distal regulatory elements and obtain evidence for distinct regulatory wiring of alternative promoters. We find that promoter-interacting regions in ILC3s are enriched for genetic variants associated with multiple immune diseases. Focusing on Crohn’s disease (CD), in which ILC3s are established mediators, we devised a Bayesian approach that incorporates multivariate fine-mapping to link CD-associated genetic variants with putative target genes. We identify known and previously unimplicated genes in conferring genetic risk of CD through activity in ILC3s. This includes the C LN3 gene that is mutated in most cases of the neurodegenerative disorder Batten disease. Using Cln3 mutant mice, we show that CLN3 is a putative negative regulator of IL-17 production in an inflammatory subset of ILC3s. This finding suggests a functional role for CLN3 in ILC3 biology, with mechanistic implications for Crohn’s and Batten diseases.

Transcription of protein coding genes is accompanied by recruitment of COMPASS to promoter-proximal chromatin, which deposits di- and tri-methylation on histone H3 lysine 4 (H3K4) to form H3K4me2 and H3K4me3. Here we determine the importance of COMPASS in maintaining gene expression across lifespan in budding yeast. We find that COMPASS mutations dramatically reduce replicative lifespan and cause widespread gene expression defects. Known repressive functions of H3K4me2 are progressively lost with age, while hundreds of genes become dependent on H3K4me3 for full expression. Induction of these H3K4me3 dependent genes is also impacted in young cells lacking COMPASS components including the H3K4me3-specific factor Spp1. Remarkably, the genome-wide occurrence of H3K4me3 is progressively reduced with age despite widespread transcriptional induction, minimising the normal positive correlation between promoter H3K4me3 and gene expression. Our results provide clear evidence that H3K4me3 is required to attain normal expression levels of many genes across organismal lifespan.