Genomes are organized into high-level three-dimensional structures, and DNA elements separated by long genomic distances can in principle interact functionally. Many transcription factors bind to regulatory DNA elements distant from gene promoters. Although distal binding sites have been shown to regulate transcription by long-range chromatin interactions at a few loci, chromatin interactions and their impact on transcription regulation have not been investigated in a genome-wide manner. Here we describe the development of a new strategy, chromatin interaction analysis by paired-end tag sequencing (ChIA-PET) for the de novo detection of global chromatin interactions, with which we have comprehensively mapped the chromatin interaction network bound by oestrogen receptor α (ER-α) in the human genome. We found that most high-confidence remote ER-α-binding sites are anchored at gene promoters through long-range chromatin interactions, suggesting that ER-α functions by extensive chromatin looping to bring genes together for coordinated transcriptional regulation. We propose that chromatin interactions constitute a primary mechanism for regulating transcription in mammalian genomes. Many transcription factors bind to regulatory DNA elements that are distant from gene promoters, and such distal binding sites are thought to regulate transcription through long-range chromatin interactions. In order to study how this remote control is organized in a complex genome, Fullwood et al. use a technique termed ChIA-PET (chromatin interaction analysis by paired-end tag sequencing) to detect and map the chromatin interaction network mediated by oestrogen receptor α (ER-α) in human cancer cells. In the resulting global chromatin interactome map, most high-confidence remote ER-α-binding sites are anchored at gene promoters through long-range chromatin interactions, suggesting that ER-α functions by extensive chromatin looping to bring genes together for coordinated transcriptional regulation. Many transcription factors bind to regulatory DNA elements that are distant from gene promoters. These distal binding sites are thought to regulate transcription through long-range chromatin interactions, but, until now, the impact of chromatin interactions on transcription regulation has not been investigated in a genome-wide manner. A new strategy — chromatin interaction analysis by paired-end tag sequencing — is now described for the de novo detection of global chromatin interactions.

Chia-Lin Wei, Yijun Ruan and colleagues used chromatin interaction analysis by paired-end tag sequencing (ChIA-PET) to determine the CTCF-chromatin interactome in mouse embryonic stem cells. Mammalian genomes are viewed as functional organizations that orchestrate spatial and temporal gene regulation. CTCF, the most characterized insulator-binding protein, has been implicated as a key genome organizer. However, little is known about CTCF-associated higher-order chromatin structures at a global scale. Here we applied chromatin interaction analysis by paired-end tag (ChIA-PET) sequencing to elucidate the CTCF-chromatin interactome in pluripotent cells. From this analysis, we identified 1,480 cis- and 336 trans-interacting loci with high reproducibility and precision. Associating these chromatin interaction loci with their underlying epigenetic states, promoter activities, enhancer binding and nuclear lamina occupancy, we uncovered five distinct chromatin domains that suggest potential new models of CTCF function in chromatin organization and transcriptional control. Specifically, CTCF interactions demarcate chromatin-nuclear membrane attachments and influence proper gene expression through extensive cross-talk between promoters and regulatory elements. This highly complex nuclear organization offers insights toward the unifying principles that govern genome plasticity and function.

Epigenetic modifications are crucial for proper lineage specification and embryo development. To explore the chromatin modification landscapes in human ES cells, we profiled two histone modifications, H3K4me3 and H3K27me3, by ChIP coupled with the paired-end ditags sequencing strategy. H3K4me3 was found to be a prevalent mark and occurred in close proximity to the promoters of two-thirds of total human genes. Among the H3K27me3 loci identified, 56% are associated with promoters and the vast majority of them are comodified by H3K4me3. By deep-transcript digital counting, 80% of H3K4me3 and 36% of comodified promoters were found to be transcribed. Remarkably, we observed that different combinations of histone methylations are associated with genes from distinct functional categories. These global histone methylation maps provide an epigenetic framework that enables the discovery of novel transcriptional networks and delineation of different genetic compartments of the pluripotent cell genome.

Abstract Chromatin interaction analysis with paired-end tag sequencing (ChIA-PET) is a new technology to study genome-wide long-range chromatin interactions bound by protein factors. Here we present ChIA-PET Tool, a software package for automatic processing of ChIA-PET sequence data, including linker filtering, mapping tags to reference genomes, identifying protein binding sites and chromatin interactions, and displaying the results on a graphical genome browser. ChIA-PET Tool is fast, accurate, comprehensive, user-friendly, and open source (available at http://chiapet.gis.a-star.edu.sg ).

Abstract Effectively activating macrophages against cancer is promising but challenging. In particular, cancer cells express CD47, a ‘don’t eat me’ signal that interacts with signal regulatory protein alpha (SIRPα) on macrophages to prevent phagocytosis. Also, cancer cells secrete stimulating factors, which polarize tumor-associated macrophages from an antitumor M1 phenotype to a tumorigenic M2 phenotype. Here, we report that hybrid cell membrane nanovesicles (known as hNVs) displaying SIRPα variants with significantly increased affinity to CD47 and containing M2-to-M1 repolarization signals can disable both mechanisms. The hNVs block CD47-SIRPα signaling axis while promoting M2-to-M1 repolarization within tumor microenvironment, significantly preventing both local recurrence and distant metastasis in malignant melanoma models. Furthermore, by loading a stimulator of interferon genes (STING) agonist, hNVs lead to potent tumor inhibition in a poorly immunogenic triple negative breast cancer model. hNVs are safe, stable, drug loadable, and suitable for genetic editing. These properties, combined with the capabilities inherited from source cells, make hNVs an attractive immunotherapy.

A new viscoelastic-stochastic model that considers the morphological characteristics of the matrix, the viscoelasticity of the cell and the viscoelasticity of the substrate was developed.

ABSTRACT The mechanical properties of the extracellular matrix (ECM) play a crucial role in cell adhesion, proliferation, and differentiation. In this study, a series of viscoelastic alginate‐based blend hydrogels with tunable viscosity were prepared to investigate the effects of their viscosity on the spreading and viability of NE‐4C neural stem cells. The hydrogels with the same initial modulus but different viscosities were obtained by adjusting the degree of crosslinking through covalently and ionically crosslinked techniques. The study results indicated that at a low initial modulus, an increase in the viscosity of the viscoelastic substrate could lead to a rise in the spreading area of NE‐4C neural stem cells, along with the formation of synapses, suggesting that an increase in substrate viscosity is beneficial for cell adhesion and spreading. Furthermore, the survival rate of NE‐4C neural stem cells on a high‐viscosity matrix is significantly higher than on a low‐viscosity matrix, as the high‐viscosity matrix provides a more stable microenvironment for the cells. These results can not only enhance the understanding of the effect of the viscoelasticity of biomaterials on neural stem cell behavior but also provide experimental data and theoretical support for designing new biomaterials suitable for neural tissue engineering.