Genes responsive to rapamycin and serum deprivation are clustered on chromosomes and undergo reorganization within local chromatin environments

We previously demonstrated that genome reorganization, through chromosome territory repositioning, occurs concurrently with significant changes in gene expression in normal primary human fibroblasts treated with the drug rapamycin, or stimulated into quiescence. Although these events occurred concomitantly, it is unclear how specific changes in gene expression relate to reorganization of the genome at higher resolution. We used computational analyses, genome organization assays, and microscopy, to investigate the relationship between chromosome territory positioning and gene expression. We determined that despite relocation of chromosome territories, there was no substantial bias in the proportion of genes changing expressiononany one chromosome, including chromosomes10and 18. Computational analyses identified that clusters of serum deprivation and rapamycin-responsive genes along the linear extent of chromosomes. Chromosome conformation capture (3C) analysis demonstrated the strengthening or loss of specific long-range chromatin interactions in response to rapamycin and quiescence induction, including a cluster of genes containing Interleukin-8 and several chemokine genes on chromosome 4. We further observed that the LIF gene, which is highly induced upon rapamycin treatment, strengthened interactions with up- and down-stream intergenic regions. Our findings indicate that the repositioning of chromosome territories in response to cell stimuli, this does not reflect gene expression changes occurring within physically clustered groups of genes. Key words: rapamycin, quiescence, gene expression, chromosome territory, long-range chromatin interaction. Les auteurs ont précédemment démontré que la réorganisation du génome par l'intermédiaire du repositionnement des territoires chromosomiques, survient parallèlement à des changements de l'expression génique chez des fibroblastes primaires humains normaux traités à la rapamycine ou amenés à la quiescence. Même si ces événements surviennent simultanément, on ignore comment ces changements spécifiques de l'expression génique se rapportent à la réorganisation du génome à une plus haute résolution. À l'aide d'analyses computationnelles, de mesures de l'organisation du génome et de la microscopie, le lien entre le positionnement des territoires chromosomiques et l'expression génique a été examiné. Les auteurs ont déterminé que malgré la relocalisation des territoires chromosomiques, il n'y avait pas de biais substantiel dans la proportion de gènes dont l'expression changeait, sur aucun des chromosomes, y compris les chromosomes 10 et 18. Les analyses computationnelles ont permis d'identifier des grappes de gènes qui répondent à la privation de sérum et à la rapamycine sur l'étendue chromosomique linéaire. L'analyse de capture de conformation des chromosomes (3C) a démontré le renforcement ou la perte d'interactions spécifiques de longue distance sur la chromatine en réponse à la rapamycine et à l'induction de la quiescence y compris dans une grappe de gènes y compris le gène interleukine-8 et plusieurs gènes codant des chimiokines sur le chromosome 4. Les auteurs ont en outre observé que le gène LIF, qui est fortement induit par un traitement à la rapamycine, s'engageait dans des interactions plus fortes avec des régions intergéniques en amont et en aval. Ces données indiquent que le repositionnement des territoires chromosomiques en réponse à des stimuli cellulaires ne reflète pas les changements d'expression génique qui surviennent à l'intérieur de groupes de gènes physiquement organisés en grappe. [Traduit par la Rédaction] Mots-clés : rapamycine, quiescence, expression génique, territoire chromosomique, interaction chromatinienne de longue distance.
Introduction Background The genetic material in eukaryotes is organized into long linear polymers of DNA called chromosomes, which provide information for cellular function (e.g., gene expression). It has now become [...]