クロマチン状態PiggyBac、TOL2、睡眠の美しさのトランスポゾンとマウス白血病ウイルスの形状挿入プロファイル

DNAトランスポゾンとレトロウイルスは、機能的ゲノミクスと遺伝子治療における汎用性の高いツールです。それらのアプリケーションを促進するために、マウス胚性幹細胞（ESC）におけるピギーバック（PB）、TOL2および睡眠室（SB）トランスポゾン、およびマウス白血病ウイルス（MLV）のゲノム全体の挿入部位プロファイリングを実施しました。PBとMLVは高発現遺伝子を好みましたが、TOL2とSBは弱く発現した遺伝子を好みました。ただし、DNASE Iの相関関係はすべてのベクターで異なっていたため、クロマチンのアクセシビリティが唯一の決定因子ではないことを示しています。したがって、さまざまなクロマチン状態を分析しました。PBおよびMLVは、コヒーシン、メディエーター、およびESC特異的転写因子と高度に相関していました。特に、CTCF部位はPBと相関していたが、MLVとは相関していなかったため、MLVはより小さなプロモーターとエンハンサーループを好むことを示唆していますが、PB挿入にはトポロジー的関連ドメインと呼ばれるより大きなクロマチンループが含まれます。TOL2は、コヒーシンとCTCFとも相関していました。しかし、ESC特異的転写因子との相関は弱く、TOL2が転写的に弱いクロマチンループを好むことを示唆しています。一貫して、TOL2挿入は、サイレントおよび誘導性遺伝子座に特徴的な二価のヒストン修飾と関連していた。SBはすべてのクロマチン状態よりも最小優先度を示し、隣接する遺伝子に対する最も悪影響を示唆しています。これらの結果は、さまざまなアプリケーションのベクトル選択に役立ちます。

DNA transposons and retroviruses are versatile tools in functional genomics and gene therapy. To facilitate their application, we conducted a genome-wide insertion site profiling of the piggyBac (PB), Tol2 and Sleeping Beauty (SB) transposons and the murine leukemia virus (MLV) in mouse embryonic stem cells (ESCs). PB and MLV preferred highly expressed genes, whereas Tol2 and SB preferred weakly expressed genes. However, correlations with DNase I hypersensitive sites were different for all vectors, indicating that chromatin accessibility is not the sole determinant. Therefore, we analysed various chromatin states. PB and MLV highly correlated with Cohesin, Mediator and ESC-specific transcription factors. Notably, CTCF sites were correlated with PB but not with MLV, suggesting MLV prefers smaller promoter-enhancer loops, whereas PB insertion encompasses larger chromatin loops termed topologically associating domains. Tol2 also correlated with Cohesin and CTCF. However, correlations with ESC-specific transcription factors were weaker, suggesting that Tol2 prefers transcriptionally weak chromatin loops. Consistently, Tol2 insertions were associated with bivalent histone modifications characteristic of silent and inducible loci. SB showed minimum preference to all chromatin states, suggesting the least adverse effect on adjacent genes. These results will be useful for vector selection for various applications.