TAD Evolutionary and functional characterization reveals diversity in mammalian TAD boundary properties and function

生物 表观遗传学 功能(生物学) 进化生物学 基因 遗传学 表型 计算生物学
作者
Mariam Okhovat,Jake VanCampen,Ana C. Lima,Kimberly A. Nevonen,Cora E. Layman,Samantha Ward,Jarod Herrera,Alexandra M. Stendahl,Ran Yang,Lana Harshman,Weiyu Li,Rory Sheng,Yafei Mao,Lev M. Fedorov,Blaise Ndjamen,Katinka A. Vigh‐Conrad,Ian Matthews,Sarah A. Easow,Dylan K. Chan,Taha A. Jan,Evan E. Eichler,Sandra Rugonyi,Donald F. Conrad,Nadav Ahituv,Lucia Carbone
标识
DOI:10.1101/2023.03.07.531534
摘要

ABSTRACT Topological associating domains (TADs) are self-interacting genomic units crucial for shaping gene regulation patterns. Despite their importance, the extent of their evolutionary conservation and its functional implications remain largely unknown. In this study, we generate Hi-C and ChIP-seq data and compare TAD organization across four primate and four rodent species, and characterize the genetic and epigenetic properties of TAD boundaries in correspondence to their evolutionary conservation. We find that only 14% of all human TAD boundaries are shared among all eight species (ultraconserved), while 15% are human-specific. Ultraconserved TAD boundaries have stronger insulation strength, CTCF binding, and enrichment of older retrotransposons, compared to species-specific boundaries. CRISPR-Cas9 knockouts of two ultraconserved boundaries in mouse models leads to tissue-specific gene expression changes and morphological phenotypes. Deletion of a human-specific boundary near the autism-related AUTS2 gene results in upregulation of this gene in neurons. Overall, our study provides pertinent TAD boundary evolutionary conservation annotations, and showcase the functional importance of TAD evolution.

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