The upstream area of the chicken α-globin gene domain is transcribed in both directions in the same cells

AbstractIt was demonstrated previously that in erythroid chicken cells an extended upstream area of the α-globin gene domain is transcribed in both directions as a part of ggPRX gene and a part of a full domain transcript of the α-globin gene domain. Here, we show that both DNA chains of the above-mentioned region are transcribed in the same cells and that the corresponding transcripts coexist in nuclei. The data obtained suggest that cells possess a molecular mechanism which in some cases prevents the formation of dsRNA and subsequent destruction of both transcripts in spite of the presence of complementary RNA chains in the cell nucleus

C-methods to study 3D organization of the eukaryotic genome

В последнее время становится все более очевидным, что пространственная организация эукариотического генома играет важную роль в регуляции экспрессии генов. Трехмерную (3D) организацию генома можно исследовать с помощью различных видов микроскопии, в частности, совмещенных с техникой флуоресцентной in situ гибридизации (FISH). Однако когда речь заходит об анализе пространственных взаимодействий между специфическими участками генома, намного более эффективными оказываются методы фиксации конформации хромосомы (3С). Они основаны на предпочтительном лигировании фрагментов ДНК, сшитых через белковые мостики в живых клетках посредством формальдегидной фиксации. Предполагается, что такие мостики связывают фрагменты ДНК, расположенные в непосредственной близости в ядре. В обзоре описаны существующие на сегодня методы фиксации конформации хромосомы – от 3С и ChIP-loop до Hi-C и ChiA- PET, объединенные под общим названием «С»-методы. Клюевые слова: фиксация конформации хромосомы (3С), пространственная организация генома.Останнім часом стає все очевиднішим, що просторова організація еукаріотичного геному відіграє важливу роль у регуляції експресії генів. Тривимірну (3D) організацію геному можна досліджувати за допомогою різних видів мікроскопії, зокрема, сумісних з технікою флуоресцентної in situ гібридизації (FISH). Однак коли йдеться про аналіз просторових взіємодій між специфічними ділянками геному, набагато ефективнішими виявляються методи фіксації конформації хромосоми (3С). Вони засновані на переважаючому лігуванні фрагментів ДНК, зшитих через білкові містки у живих клітинах за посередництвом формальдегідної фіксації. Передбачається, що такі містки зв’язують фрагменти ДНК, розміщені у безпосередній близькості у ядрі. В огляді описано існуючі на сьогодні методи фіксації конформації хромосоми – від 3С і ChIP-loop до Hi-C і ChiA-PET, об’єднані під загальною назвою «С»-методи. Ключові слова: фіксація конформації хромосоми (3С), просторова організація геному.It is becoming increasingly evident that spatial organization of the eukaryotic genome plays an important role in regulation of gene expression. The three-dimensional (3D) genome organization can be studied using different types of microscopy, in particular those coupled with fluorescence in situ hybridization. However, when it comes to the analysis of spatial interaction between specific genome regions, much higher performance demonstrate chromosome conformation capture (3C) methods. They are based on the proximity ligation approach which consists in preferential ligation of the ends of DNA fragments joined via protein bridges in living cells by formaldehyde fixation. It is assumed that such bridges link DNA fragments that are located in close spatial proximity in the cell nucleus. In this review we describe current 3C-based approaches, from 3C and ChiP-loop to Hi-C and ChiA-PET, going under the collective name of C-methods. Keywords: chromosome conformation capture, genome spatial organization

Translocations affecting human immunoglobulin heavy chain locus

Translocations involving human immunoglobulin heavy chain (IGH) locus are implicated in different leukaemias and lymphomas, including multiple myeloma, mantle cell lymphoma, Burkitt’s lymphoma and diffuse large B cell lymphoma. We have analysed published data and identified eleven breakpoint cluster regions (bcr) related to these cancers within the IgH locus. These ~1 kbp bcrs are specific for one or several types of blood cancer. Our findings could help devise PCR-based assays to detect cancer-related translocations, to identify the mechanisms of translocations and to help in the research of potential translocation partners of the immunoglobulin locus at different stages of B-cell differentiation.Транслокації за участі локуса важкого ланцюга гена імуноглобулінів відіграють певну роль в онкогенезі багатьох лімфом і лейкемій, серед яких множинна мієлома, лімфома мантійної зони, лімфома Беркітта та дифузна В-клітинна лімфома. На основі аналізу опублікованих даних ми виділили 11 областей, у яких відбу- ваються транслокації, що призводять до вищезгаданих лімфом і лейкемій. Кожна з таких областей (розміром приблизно 1000 пар нуклеотидів) може брати участь у транслокаціях, які спричиняють один або декілька типів раку. Отримані результати можна використовувати при розробці діагностики транслокацій, які ви- кликають рак крові, а також при ідентифікації потенційних транслокаційних партнерів локуса важкого ланцюга гена імуно- глобулінів на різних стадіях диференціювання В-лімфоцитів.Транслокации с участием локуса тяжелой цепи гена иммуноглобулинов играют определенную роль в онкогенезе многих лимфом и лейкемий, включая множественную миелому, лимфому мантийной зоны, лимфому Беркитта и диффузную В-клеточную лимфому. На основе анализа опубликованных данных мы выделили 11 об- ластей, в которых происходят транслокации, приводящие к вышеупомянутым лимфомам и лейкемиям. Каждая из таких областей (размером примерно 1000 пар нуклеотидов) может участвовать в транслокациях, являющихся причиной одного или нескольких типов рака. Полученные результаты можно использовать при разработке диагностики транслокаций, вызывающих рак крови, а также при идентификации потенциальных транслокационных партнеров локуса тяжелой цепи гена иммуноглобулинов на разных стадиях дифференцировки В-лимфоцитов

Dynamic nature of active chromatin hubs

Aim. In order to get more information about organization of active chromatin hubs and their role in the regulation of gene transcription we have studied the spatial organization of the a-globin gene domain in cultured chicken erythroblasts. Methods. The chromosome conformation capture (3C) protocol was employed to analyze the 3D configuration of the chicken a-globin gene domain. Results. We have demonstrated that in the same cell population the chicken domain of a-globin gene may be organized in two different active chromatin hubs. One of them appears essential for the activation of the a-globin gene expression while the other – for the activation of TMEM8 gene which constitutes a part of the a-globin gene domain in chicken, but not in human and other mammals. Importantly, two regulatory elements participate in the formation of both active chromatin hubs. Conclusions. The assembly of the same genomic area into two alternative chromatin hubs which share some regulatory elements suggests that active chromatin hubs are dynamic rather than static, and that regulatory elements may shuttle between different chromatin hubs. Keywords: active chromatin hub, globin gene, genomic domain, chromosome conformation capture.Мета. Щоб отримати нову інформацію стосовно організації активаторних хроматинових блоків та їхньої ролі в регуляції транскрипції ми вивчили просторову організацію домену a-глобінових генів у культивованих курячих еритробластах. Методи. Для анализу 3D конфігурації домену a-глобінових генів використано метод фіксації конформації хромосоми (3С). Результати. Ми продемонстрували, що в одній і тій самій популяції курячих клітин домен a-глобінових генів може бути організованим у два різних хроматинових блоки. Один з них необхідний для активації транскрипції a-глобінових генів, тоді як другий забезпечує активацію транскрипції гена TMEM8. Цей ген входить до складу домену aглобінових генів курей, але не ссавців і людини. Важливо, що два регуляторних елементи домену a-глобінових генів присутні у складі обох активаторних хроматинових блоків. Висновки. Існування в одному й тому ж геномному домені двох різних активаторних комплексів, які мають у своєму складі спільні регуляторні елементи, свідчить про динамічну природу активаторних хроматинових блоків, що дозволяє спільним регуляторним елементам періодично переміщуватися з одного комплексу в другий. Ключові слова: активаторні хроматинові блоки, глобіновий ген, геномний домен, метод фіксації хромосоми.Цель. Чтобы получить новую информацию об организации активаторных хроматиновых блоков и их роли в регуляции транскрипции, мы изучили пространственную организацию домена a-глобиновых генов в культивируемых куриных эритробластах. Методы. Для анализа 3D конфигурации домена a-глобиновых генов использован метод фиксации конформации хромосомы (3С). Результаты. Мы продемонстрировали, что в одной и той же популяции куриных клеток домен a-глобиновых генов может быть организован в два различных хроматиновых блока. Один из них необходим для активации транскрипции a-глобиновых генов, в то время как другой обеспечивает активацию транскрипции гена TMEM8. Этот ген входит в состав домена a-глобиновых генов кур, но не млекопитающих и человека. Важно, что два регуляторных элемента домена a-глобиновых генов присутствуют в составе обоих активаторных хроматиновых блоков. Выводы. Существование в одном и том же геномном домене двух разных активаторных комплексов, имеющих в своем составе общие регуляторные элементы, свидетельствует о динамической природе активаторных хроматиновых блоков, что позволяет общим регуляторным элементам периодически перемещаться из одного комплекса в другой. Ключевые слова: активаторные хроматиновые блоки, глобиновый ген, геномный домен, метод фиксации хромосомы

TMEM8 – a non-globin gene entrapped in the globin web

For more than 30 years it was believed that globin gene domains included only genes encoding globin chains. Here we show that in chickens, the domain of α-globin genes also harbor the non-globin gene TMEM8. It was relocated to the vicinity of the α-globin cluster due to inversion of an ∼170-kb genomic fragment. Although in humans TMEM8 is preferentially expressed in resting T-lymphocytes, in chickens it acquired an erythroid-specific expression profile and is upregulated upon terminal differentiation of erythroblasts. This correlates with the presence of erythroid-specific regulatory elements in the body of chicken TMEM8, which interact with regulatory elements of the α-globin genes. Surprisingly, TMEM8 is not simply recruited to the α-globin gene domain active chromatin hub. An alternative chromatin hub is assembled, which includes some of the regulatory elements essential for the activation of globin gene expression. These regulatory elements should thus shuttle between two different chromatin hubs

Treatment of lymphoid cells with the topoisomerase II poison etoposide leads to an increased juxtaposition of AML1 and ETO genes on the surface of nucleoli

AML1 and ETO genes are known partners in the t(8,21) translocation associated with the treatment-related leukaemias in the patients receiving chemotherapy with DNA-topoisomerase II (topo II) poisons. Aim. To determine whether the genes AML1 and ETO are in close proximity either permanently or temporarily in the nucleus. Methods. 3D FISH. Results. We found that in 5 % of untreated cells, alleles of AML1 and ETO are in close proximity. This number increased two-fold in the cells treated with the topo II poison etoposide. Surprisingly, in more than 50 % of the cases observed, co-localization of the genes occurred at the nucleoli surface. We found also that the treatment of cells triggers preferential loading of RAD51 onto bcr of the AML1 and ETO genes. Conclusions. Our results suggest that the repair of DNA lesions introduced by topoisomerase II poisons may be mediated simultaneously by multiple mechanisms, which may be the cause of mistakes resulting in translocations. Keywords: DNA-topoisomerase II, nucleoli, Rad51, AML1, ETO.Гени AML1 і ETO відомі як партнери по транслокації t(8,21), асоційованої з розвитком вторинних лейкозів у пацієнтів, які піддавалися хіміотерапії із застосуванням інгібіторів топоізомерази II. Мета. Оцінити частоту взаємної колокалізаціїгенів AML1 і ETO у культурі лімфоїдних клітин людини. Методи. 3D FISH. Результати. У 5 % необроблених клітин лінії Jurkat алелі AML1 і ETO знаходяться в безпосередній близькості один від одного. У клітинах, оброблених інгібітором топоізомерази II етопозитом, частота подій колокалізації AML1 і ETO зростає в два рази. При цьому більш ніж у 50 % випадків колокалізація генів відбувається на поверхні ядерця. Показано, что обробка клітин етопозидом спричиняє посилення зв’язування білка RAD 51 з кластерами точок розриву (bcr) генів AML1 і ETO. Висновки. Репарація розривів ДНК, індукованих інгібіторами топоізомерази II, вірогідна за одночасної участі різних механізмів, що може бути причиною помилок, які викликають транслокації. Ключові слова: ДНК-топоізомераза II, ядерця, Rad51, AML1, ETO.Гены AML1 и ETO известны как партнеры по транслокации t(8,21), которая ассоциирована с развитием вторичных лейкозов у пациентов, подвергшихся химиотерапии с применением ингибиторов ДНК-топоизомеразы II. Цель. Оценить частоту взаимной колокализации генов AML1 и ETO в культуре лимфоидных клеток человека. Методы. 3D FISH. Результаты. В 5 % необработанных клеток линии Jurkat аллели AML1 и ETO находятся в непосредственной близости друг от друга. В клетках, обработанных ин - гибитором ДНК-топоизомеразы II этопозидом, частота событий колокализации AML1 и ETO увеличивается в два раза. При этом в более чем 50 % наблюдаемых случаев колокализация генов происходит на поверхности ядрышка. Показано, что обработка клеток этопозидом приводит к увеличению связывания белка RAD 51 с кластерами точек разрыва (bcr) генов AML1 и ETO. Выводы. Репарация разрывов ДНК, индуцированных ингибиторами ДНК-топоизомеразы II, вероятна при одновременном участии различных механизмов, что может являться причиной ошибок, приводящих к транслокациям. Ключевые слова: ДНК-топоизомераза II, ядрышка, Rad51, AML1, ETO

СОНОГРАФИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОРГАНОВ БРЮШНОЙ ПОЛОСТИ У ДЕТЕЙ С РАЗЛИЧНЫМ ТЕЧЕНИЕМ ТУБЕРКУЛЕЗНОЙ ИНФЕКЦИИ

In order to determine the frequency and nature of sonographic changes in abdominal organs in children with tuberculosis infection, 192 patients at the age of 6 months -14 years were examined on the basis of the tuberculosis department of City Children’s Infectious Hospital №3 for the period 2019-2021. 3 groups of patients were identified: group 1 - 92 children with active respiratory tuberculosis; group 2 – 52 children with residual post-tuberculosis changes; group 3 – 48 children with latent tuberculosis infection at risk of tuberculosis. Sonographic liver changes (reactive and/or intrahepatic cholestasis and/or hepatomegaly) were observed in children with active tuberculosis in 40.2±5.1% of cases, in children of group 3 - in 35.4±6.9% of cases and less often in children of group 2 - in 17.3±5.3% of cases (p<0.05). Changes of the gallbladder (violations of bile outflow and/or shape changes) were visualized in children with active tuberculosis in 73.9±4.6% of cases, in children of group 3 (60.4±7.1% of cases), less often in children of group 2 (55.8±6.7% of cases, p<0.05 for group 1). Changes of the pancreas were reactive and were more often observed in children of group 1 - in 14.1± 3.5% of cases than in children of group 2 (5.8±3.2% of cases, p<0.05) and group 3 (4.2± 2.9% of cases). Also, ultrasound changes of the spleen were more often detected in children with active tuberculosis - in 17.4±4.0% of cases than in children of group 2 (5.8±3.2% of cases, p<0.05) and group 3 (2.1±2.1% of cases, p<0.05).Pentru a determina frecvența și natura modificărilor ecografice în organele abdominale la copiii cu infecție tuberculoasă, au fost examinați 192 de pacienți cu vârsta cuprinsă între 6 luni - 14 ani din secția de tuberculoză a Spitalul Municipal de infecții pentru copii Nr. 3 pentru perioada 2019-2021. Au fost identificate 3 loturi de pacienţi: lotul 1 - 92 copii cu tuberculoză activă a organelor respiratorii; grupa 2 - 52 copii cu sechele post-tuberculoase; grupa 3 - 48 de copii cu infecție tuberculoasă latentă din grupele cu risc de tuberculoză. Modificări ecografice la nivelul ficatului (colestază reactivă și/sau intrahepatică și/sau hepatomegalie) au fost observate la copiii cu tuberculoză activă în 40,2 ± 5,1% din cazuri, la copiii din grupa a 3-a - în 35,4 ± 6,9% din cazuri și mai rar în copiii din grupa a 2-a – în 17,3±5,3% din cazuri (p<0,05). Modificări ale vezicii biliare (afectarea fluxului biliar și/sau modificări ale formei) la copiii cu tuberculoză ac- tivă au fost vizualizate în 73,9 ± 4,6% din cazuri, la copiii din grupa a 3-a (60,4 ± 7,1% din cazuri), mai rar la copiii dun grupul 2 (55,8±6,7% din cazuri, p<0,05 pentru grupul 1). Modificările pancreasului au fost reactive și s-au observat mai des la copiii din grupa 1 - în 14,1±3,5% din cazuri decât la copiii din grupul 2 (5,8±3,2% din cazuri, p<0,05) și grupul 3 (4,2±2,9% din cazuri). De asemenea, modificări ale splinei au fost depistate mai des la copiii cu tuberculoză activă - în 17,4±4,0% din cazuri decât la copiii din loturile 2 (5,8±3,2% din cazuri, p<0,05) și 3 loturi (2,1±2,1% din cazuri, p<0,05).С целью определения частоты и характера сонографических изменений органов брюшной полости у детей с туберкулезной инфекцией обследованы 192 пациента в возрасте 6 месяцев -14 лет туберкулезного отделения СПГБУЗ ДИБ№3 за период 2019-2021гг. Выделено 3 группы пациентов: 1 группа - 92 ребенка с активным ту- беркулезом органов дыхания; 2 группа – 52 ребенка с остаточными посттуберкулезными изменениями; 3 группа – 48 детей с латентной туберкулезной инфекцией из групп риска по туберкулезу. Сонографические изменения печени (реактивные и/или внутрипеченочный холестаз и/или гепатомегалия) наблюдались у детей с активным туберкулезом в 40,2±5,1% случаев, у детей 3 группы - в 35,4±6,9% случаев и реже у детей 2 группы - в 17,3±5,3% случаев (р<0,05). Изменения желчного пузыря (нарушения оттока желчи и/или изменения формы) у детей с ак- тивным туберкулезом визуализировались в 73,9±4,6% случаев, у детей 3 группы (60,4±7,1% случаев), реже у детей 2 группы (55,8±6,7% случаев, р<0,05 для 1 группы). Изменения поджелудочной железы были реактивными и чаще наблюдались у детей 1 группы - в 14,1±3,5% случаев, чем у детей 2 группы (5,8±3,2% случаев, р<0,05) и 3 группы (4,2±2,9% случаев). Также изменения селезенки чаще определялись у детей с активным туберкулезом  в 17,4±4,0% случаев, чем у детей 2 группы (5,8±3,2% случаев, р<0,05) и 3 группы (2,1±2,1% случаев, р<0,05)

Mapping of the nuclear matrix-bound chromatin hubs by a new M3C experimental procedure

We have developed an experimental procedure to analyze the spatial proximity of nuclear matrix-bound DNA fragments. This protocol, referred to as Matrix 3C (M3C), includes a high salt extraction of nuclei, the removal of distal parts of unfolded DNA loops using restriction enzyme treatment, ligation of the nuclear matrix-bound DNA fragments and a subsequent analysis of ligation frequencies. Using the M3C procedure, we have demonstrated that CpG islands of at least three housekeeping genes that surround the chicken α-globin gene domain are assembled into a complex (presumably, a transcription factory) that is stabilized by the nuclear matrix in both erythroid and non-erythroid cells. In erythroid cells, the regulatory elements of the α-globin genes are attracted to this complex to form a new assembly: an active chromatin hub that is linked to the pre-existing transcription factory. The erythroid-specific part of the assembly is removed by high salt extraction. Based on these observations, we propose that mixed transcription factories that mediate the transcription of both housekeeping and tissue-specific genes are composed of a permanent compartment containing integrated into the nuclear matrix promoters of housekeeping genes and a ‘guest’ compartment where promoters and regulatory elements of tissue-specific genes can be temporarily recruited