Rewiring of 3D chromatin topology orchestrates transcriptional reprogramming in muscle fiber-type specification and transformation

重编程 染色质 转化(遗传学) 纤维 细胞生物学 拓扑(电路) 类型(生物学) 纤维类型 生物 计算生物学 计算机科学 遗传学 基因 化学 数学 组合数学 生态学 有机化学
作者
Baohua Tan,Ting Gu,Linjun Hong,Liyao Xiao,Jiajin Wu,Guobin Lu,Shanshan Wang,Langqing Liu,Enqin Zheng,Gengyuan Cai,Zicong Li,Zhenfang Wu
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
标识
DOI:10.1101/2025.03.16.643571
摘要

The composition of muscle fibers, characterized by distinct contractile and metabolic properties, significantly influences meat quality and glucose homeostasis. However, the mechanisms by which three-dimensional (3D) genome topology integrates with epigenetic states to regulate muscle fiber specification and transformation remain poorly understood. Here, we present an integrative analysis of the transcriptome, epigenome, and 3D genome architecture in the slow-twitch glycolytic extensor digitorum longus (EDL) and fast-twitch oxidative soleus (SOL) muscles. Global remodeling of enhancer-promoter (E-P) interactions emerged as a central driver of transcriptional reprogramming associated with muscle contraction and glucose metabolism. We identified tissue-specific super-enhancers (SEs) that regulate muscle fiber-type specification through cooperation of chromatin looping and transcription factors such as KLF5. Notably, the SE-driven activation of STARD7 facilitated the transformation of glycolytic fibers into oxidative fibers by mitigating reactive oxygen species levels and suppressing ERK MAPK signaling. This study elucidates the principles of 3D genome organization in the epigenetic regulation of muscle fiber specification and transformation, providing a foundation for novel therapeutic strategies targeting metabolic disorders and enhancing meat quality.
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