Riassunto analitico
Le tecnologie di sequenziamento high-throughput sono ampiamente utilizzate per studiare la regolazione dei programmi di espressione genica. In particolare, l'integrazione dei profili trascrittomici e epigenomici, in combinazione con le mappe di legame di fattori di trascrizione e i data di conformazione della cromatina, permette di indagare a fondo le reti di regolazione molecolare che controllano l'identità delle cellule. Le cellule staminali/progenitrici ematopoietiche umane (HSPC) sono la fonte di tutte i lineages cellulari del sangue, dando origine a progenitori, precursori e cellule mature. Questo processo è finemente regolato a livello trascrizionale da fattori “master” di regolazione della trascrizione che specificano la scelta del lineage. In questo studio, sono stati impiegati diversi approcci genome-wide per caratterizzare il commitment e il differenziamento delle HSPC verso i lineages mieloide ed eritroide. La Cap Analysis of Gene Expression (CAGE) e il sequenziamento dell’RNA (RNA-Seq) sono stati utilizzati per definire il trascrittoma di HSPC, progenitori e precursori di ciascun lineage, mentre i profili di vari marcatori istonici ottenuti con l’immunoprecipitazione e il sequenziamento della cromatina (ChIP-Seq) sono stati combinati insieme per identificare gli stati della cromatina e di elementi regolatori trascrizionali in ogni fase del differenziamento delle HSPC. I risultati ottenuti dal Retroviral Scanning, un nuovo strumento basato sulle proprietà di integrazione del virus della leucemia murina Moloney (MLV), sono stati integrati con le mappe epigenomiche per definire gli elementi regolatori attivi e cellula-specifici in HSPC e nella loro progenie. Inoltre, le reti di regolazione che controllano il commitment e il differenziamento eritroide delle HSPC sono stati ulteriormente esplorate attraverso l'integrazione di dei profili di legame dei fattori di trascrizione GATA2 e GATA1, ottenuti mediante Chip-Seq, per indagare il loro ruolo nella regolazione dei programmi trascrizionali ematopoietici. Infine, sono stati svolti esperimenti di Chromosome Conformation Capture (3C) e di delezione mediata dal sistema CRISPR/Cas9 per caratterizzare funzionalmente un nuovo elemento regolatorio eritroide-specifico del gene KIT, che codifica per il recettore dello Stem Cell Factor (SCF). Nel complesso, questo studio fornisce una panoramica della regolazione dinamica dei programmi di espressione genica durante il commitment e il differenziamento delle HSPC, e descrive il ruolo dei fattori di trascrizione GATA nel controllo trascrizionale dell’ematopoiesi.
|
Abstract
High-throughput sequencing technologies are extensively used to study the regulation of gene expression programs. In particular, the integration of transcriptomic and epigenomic profiles, combined with transcription factor binding maps and chromatin conformation data, permits to deeply investigate the molecular regulatory networks that control cell identity. Human hematopoietic stem/progenitor cells (HSPC) are the source of all blood cell lineages, giving rise to developmentally restricted progenitors, precursors, and mature cells. This process is fine-tuned at the transcriptional level by master regulatory transcription factors that specify the lineage choice.
In this study, several genome-wide approaches have been employed to characterize HSPC commitment and differentiation toward the myeloid and erythroid lineages. Cap Analysis of Gene Expression (CAGE) and RNA sequencing (RNA-seq) have been used to defined the transcriptome of HSPC and lineage-restricted progenitors and precursors, while Chromatin Immunoprecipitation Sequencing (ChIP-Seq) profiles of different histone marks have been combined together to identify chromatin states and transcriptional regulatory elements at each stage of HSPC differentiation.
Results obtained by Retroviral Scanning, a novel tool based on the integration properties of Moloney murine leukemia virus (MLV), have been integrated with the epigenomic maps to define cell-specific active regulatory elements in HSPC and their lineage-restricted progeny. Moreover, the regulatory networks controlling HSPC erythroid commitment and differentiation have been further explored through the integration of GATA2 and GATA1 transcription factors binding profiles, obtained by ChIP-seq, to investigate their role in the regulation of hematopoietic transcriptional programs. Finally, chromatin conformation capture (3C) and CRISPR/Cas9-mediated deletion experiments have been performed to functional characterize a novel erythroid-specific regulatory element of the KIT gene, encoding the receptor for the Stem Cell Factor (SCF).
Overall, this study provides an overview of the dynamic regulation of gene expression programs during HSPC lineage commitment and differentiation, and describes the role of GATA transcription factors in the transcriptional control of hematopoiesis.
|