Organisation du génome par le complexe cohésine chez la levure Saccharomyces cerevisiae

Cohesin is an evolutionary-conserved complex composed of a ring capable of DNA entrapment and of auxiliary proteins regulating its association with DNA. On the one hand, cohesin confers sister chromatid cohesion required for their proper segregation and on the other hand it establishes and maintains chromatin looping. Chromatin loops are crucial for assembly of topological domains, gene expression and genome stability. However, mechanisms driving their establishment remain to be elucidated. According to loop extrusion model, cohesin would capture small loops and enlarge them by extruding DNA throughout its ring. This model predicts that loop size would depend on both cohesin residence time on DNA and on its processivity. Deciphering cohesin regulation is thus fundamental to understand chromosome biology. In this study, we showed that mitotic chromosome arms of yeast Saccharomyces cerevisiae are organised in cohesin-dependent chromatin loops. We studied the role of cohesin regulatory subunits Pds5, Wpl1 and Eco1 on loop establishment. Our data show that Pds5 inhibits loop expansion via Wpl1 and Eco1. As previously described in mammals, Wpl1 counteracts loop expansion by dissociating cohesin from DNA. Our results suggest that Eco1 would inhibit cohesin translocation on DNA, required for loop expansion. We then studied how these proteins contribute to the organisation of the ribosomal DNA array (rDNA), a cohesin-rich, highly transcribed sequence segregated away from the rest of the genome. Our data point toward a central role for Pds5 in organising this genomic region, independently of Wpl1 and Eco1. To study in detail rDNA spatial organisation, we developed a dedicated image analysis to assess its organisation in three dimensions. We have unveiled an underlying organisation for rDNA, made by a succession of small domains spatially organised by cohesin. This study opens large perspectives towards a better understanding of cohesin regulation in genome organisation.La cohésine est un complexe protéique conservé dans l'évolution composé d'un anneau capable d'embrasser l'ADN et de protéines auxiliaires régulant son association avec l'ADN. D'une part, la cohésine confère la cohésion des chromatides sœurs nécessaire à leur ségrégation, d'autre part elle établit et maintient des boucles de chromatine. Ces boucles sont requises pour la formation de domaines topologiques, l'expression génique et la stabilité du génome. Cependant les mécanismes régissant leur formation ne sont pas entièrement élucidés. Selon le modèle d'extrusion de boucles, la cohésine capturerait des boucles de petites tailles et les élargirait en extrudant l'ADN à travers son anneau. Dans ce modèle, la taille des boucles dépendrait à la fois du temps de résidence des cohésines sur l'ADN et de leur processivité. Étudier la régulation des cohésines est donc fondamental pour comprendre la biologie des chromosomes. Dans cette étude nous avons montré que les bras des chromosomes mitotiques de la levure Saccharomyces cerevisiae étaient organisés sous forme de boucles de chromatine dépendantes des cohésines. Nous avons étudié le rôle des sous-unités régulatrices des cohésines, Pds5, Wpl1 et Eco1 dans la formation de ces boucles. Nos données montrent que Pds5 inhibe leur expansion, via Wpl1 et Eco1. Comme décrit chez les mammifères, Wpl1 les abolit en dissociant les cohésines des chromosomes. En revanche, nos résultats suggèrent qu'Eco1 entraverait la translocation des cohésines sur l'ADN, nécessaire pour l'agrandissement des boucles. Nous avons ensuite analysé le rôle de ces protéines dans l'organisation de l'ADN ribosomique (ADNr), séquence enrichie en cohésines, hautement transcrite et isolée du reste du génome. Pds5 semble avoir un rôle central dans l'organisation de cette séquence, qui ne dépendrait pas de Wpl1 ou d'Eco1. Afin d'analyser de manière fine les réorganisations spatiales de l'ADNr, nous avons développé une analyse d'image dédiée permettant de sonder l'organisation de cette fibre en trois dimensions. Nous avons révélé une structure sous-jacente de l'ADNr composée d'une succession de domaines organisés spatialement par les cohésines. Cette étude ouvre des perspectives vers une meilleure compréhension de la régulation des cohésines dans l'organisation du génome

Genome organisation by the cohesin complex in yeast saccharomyces cerevisiae

La cohésine est un complexe protéique conservé dans l'évolution composé d'un anneau capable d'embrasser l'ADN et de protéines auxiliaires régulant son association avec l'ADN. D'une part, la cohésine confère la cohésion des chromatides sœurs nécessaire à leur ségrégation, d'autre part elle établit et maintient des boucles de chromatine. Ces boucles sont requises pour la formation de domaines topologiques, l'expression génique et la stabilité du génome. Cependant les mécanismes régissant leur formation ne sont pas entièrement élucidés. Selon le modèle d'extrusion de boucles, la cohésine capturerait des boucles de petites tailles et les élargirait en extrudant l'ADN à travers son anneau. Dans ce modèle, la taille des boucles dépendrait à la fois du temps de résidence des cohésines sur l'ADN et de leur processivité. Étudier la régulation des cohésines est donc fondamental pour comprendre la biologie des chromosomes. Dans cette étude nous avons montré que les bras des chromosomes mitotiques de la levure Saccharomyces cerevisiae étaient organisés sous forme de boucles de chromatine dépendantes des cohésines. Nous avons étudié le rôle des sous-unités régulatrices des cohésines, Pds5, Wpl1 et Eco1 dans la formation de ces boucles. Nos données montrent que Pds5 inhibe leur expansion, via Wpl1 et Eco1. Comme décrit chez les mammifères, Wpl1 les abolit en dissociant les cohésines des chromosomes. En revanche, nos résultats suggèrent qu'Eco1 entraverait la translocation des cohésines sur l'ADN, nécessaire pour l'agrandissement des boucles. Nous avons ensuite analysé le rôle de ces protéines dans l'organisation de l'ADN ribosomique (ADNr), séquence enrichie en cohésines, hautement transcrite et isolée du reste du génome. Pds5 semble avoir un rôle central dans l'organisation de cette séquence, qui ne dépendrait pas de Wpl1 ou d'Eco1. Afin d'analyser de manière fine les réorganisations spatiales de l'ADNr, nous avons développé une analyse d'image dédiée permettant de sonder l'organisation de cette fibre en trois dimensions. Nous avons révélé une structure sous-jacente de l'ADNr composée d'une succession de domaines organisés spatialement par les cohésines. Cette étude ouvre des perspectives vers une meilleure compréhension de la régulation des cohésines dans l'organisation du génome.Cohesin is an evolutionary-conserved complex composed of a ring capable of DNA entrapment and of auxiliary proteins regulating its association with DNA. On the one hand, cohesin confers sister chromatid cohesion required for their proper segregation and on the other hand it establishes and maintains chromatin looping. Chromatin loops are crucial for assembly of topological domains, gene expression and genome stability. However, mechanisms driving their establishment remain to be elucidated. According to loop extrusion model, cohesin would capture small loops and enlarge them by extruding DNA throughout its ring. This model predicts that loop size would depend on both cohesin residence time on DNA and on its processivity. Deciphering cohesin regulation is thus fundamental to understand chromosome biology. In this study, we showed that mitotic chromosome arms of yeast Saccharomyces cerevisiae are organised in cohesin-dependent chromatin loops. We studied the role of cohesin regulatory subunits Pds5, Wpl1 and Eco1 on loop establishment. Our data show that Pds5 inhibits loop expansion via Wpl1 and Eco1. As previously described in mammals, Wpl1 counteracts loop expansion by dissociating cohesin from DNA. Our results suggest that Eco1 would inhibit cohesin translocation on DNA, required for loop expansion. We then studied how these proteins contribute to the organisation of the ribosomal DNA array (rDNA), a cohesin-rich, highly transcribed sequence segregated away from the rest of the genome. Our data point toward a central role for Pds5 in organising this genomic region, independently of Wpl1 and Eco1. To study in detail rDNA spatial organisation, we developed a dedicated image analysis to assess its organisation in three dimensions. We have unveiled an underlying organisation for rDNA, made by a succession of small domains spatially organised by cohesin. This study opens large perspectives towards a better understanding of cohesin regulation in genome organisation

Meeting report from the first European OddPols meeting: Toulouse 2018

International audienc

Smc3 acetylation, Pds5 and Scc2 control the translocase activity that establishes cohesin-dependent chromatin loops

International audienceCohesin is a DNA translocase that is instrumental in the folding of the genome into chromatin loops, with functional consequences on DNA-related processes. Chromatin loop length and organization likely depend on cohesin processivity, translocation rate and stability on DNA. Here, we investigate and provide a comprehensive overview of the roles of various cohesin regulators in tuning chromatin loop expansion in budding yeast Saccharomyces cerevisiae. We demonstrate that Scc2, which stimulates cohesin ATPase activity, is also essential for cohesin translocation, driving loop expansion in vivo. Smc3 acetylation during the S phase counteracts this activity through the stabilization of Pds5, which finely tunes the size and stability of loops in G2

Smc3 acetylation, Pds5 and Scc2 control the translocase activity that establishes cohesin dependent chromatin loops

ABSTRACT Chromosome spatial organization and dynamics influence DNA-related metabolic processes. SMC complexes like cohesin are essential instruments of chromosome folding. Cohesin-dependent chromatin loops bring together distal loci to regulate gene transcription, DNA repair and V(D)J recombination processes. Here we characterize further the roles of members of the cohesin holocomplex in regulating chromatin loop expansion, showing that Scc2, which stimulates cohesin ATPase activity, is essential for the translocation process required to extend DNA loop length. Eco1-dependent acetylation of Smc3 during S phase counteracts this activity through the stabilization of Pds5, to finely tune loop sizes and stability during G2. Inhibiting Pds5 in G2 leads to a strong enlargement of pre-established, stable DNA loops, in a Scc2-dependent manner. Altogether, the study strongly supports a Scc2-mediated translocation process driving expansion of DNA loops in living cells

Regulation of Cohesin-Mediated Chromosome Folding by Eco1 and Other Partners

International audienceCohesin, a member of the SMC complex family, holds sister chromatids together but also shapes chromosomes by promoting the formation of long-range intra-chromatid loops, a process proposed to be mediated by DNA loop extrusion. Here we describe the roles of three cohesin partners, Pds5, Wpl1, and Eco1, in loop formation along either unreplicated or mitotic Saccharomyces cerevisiae chromosomes. Pds5 limits the size of DNA loops via two different pathways: the canonical Wpl1-mediated releasing activity and an Eco1-dependent mechanism. In the absence of Pds5, the main barrier to DNA loop expansion appears to be the centromere. Our data also show that Eco1 acetyl-transferase inhibits the translocase activity that powers loop formation and contributes to the positioning of loops through a mechanism that is distinguishable from its role in cohesion establishment. This study reveals that the mechanisms regulating cohesin-dependent chromatin loops are conserved among eukaryotes while promoting different functions