Summary Mechanisms of tissue-specific gene expression regulation via spatial coordination of gene promoters and distal regulatory elements are still poorly understood. We investigated the 3D genome organization of developing murine T cells and identified SATB1, a tissue-specific genome organizer, enriched at the anchors of promoter-enhancer chromatin loops. We assessed the function of SATB1 in T cell chromatin organization and compared it to the conventional genome organizer CTCF. SATB1 builds a more refined layer of genome organization upon a CTCF scaffold. To understand the regulatory implications of SATB1 loopscape structure, we generated Satb1 fl/fl Cd4 -Cre + ( Satb1 cKO) conditional knockout animals which suffered from autoimmunity. We aimed to identify molecular mechanisms responsible for the deregulation of the immune system in Satb1 cKO animals. H3K27ac HiChIP and Hi-C experiments indicated that SATB1 primarily mediates promoter-enhancer loops affecting master regulator genes (such as Bcl6 ), the T cell receptor locus and adhesion molecule genes, collectively being critical for cell lineage specification and immune system homeostasis. Our findings unravel the function of a tissue-specific factor that controls transcription programs, via spatial chromatin arrangements complementary to the chromatin structure imposed by ubiquitously expressed genome organizers.

ABSTRACT Cell fate decisions are driven by lineage-restricted transcription factors but how they are regulated is incompletely understood. The C/EBPα-induced B cell to macrophage transdifferentiation (BMT) is a powerful system to address this question. Here we describe that C/EBPα with a single arginine mutation (C/EBPα R35A ) induces a dramatically accelerated BMT in mouse and human cells. Changes in the expression of lineage-restricted genes occur as early as within 1 hour compared to 18 hours with the wild type. Mechanistically C/EBPα R35A exhibits an increased affinity for PU.1, a bi-lineage transcription factor required for C/EBPα-induced BMT. The complex induces more rapid chromatin accessibility changes and an enhanced relocation (stealing) of PU.1 from B cell to myeloid gene regulatory elements. Arginine 35 is methylated by Carm1 and inhibition of the enzyme accelerates BMT, similar to the mutant. Our data suggest that the relative proportions of methylated and unmethylated C/EBPα in a bipotent progenitor can determine the velocity of cell fate choice and lineage directionality.