CINDy: Chromosome interaction network dynamics in adipose stem cells

Vi er tredimensjonale (3D), cellene våre er tredimensjonale og våre kromosomer er tredimensjonale. Vi har studert endringer i organisasjonen av våre gener (det vi kaller genomet) under differensiering av fettvevstamceller til fettceller (adipocytter). For dette har vi først utviklet en ny beregnings programvare, Chrom3D, som lar oss visualisere og analysere våre gener i 3D-genomet. Programmet er fritt tilgjengelig og nå brukes av mange forskergrupper i verden. Vårt arbeid viser at i løpet av fettcelledifferensiering kommer kromosomområder (som kalles TADs) sammen til å danne aggregater av kompakte og lydige kromatin-domener, som segregerer fra mer aktive områder. Vi kaller disse domenene TAD-klikker. TAD- klikker blir trukket mot periferien av cellekjernen når de dannes, som en måte å slå av flere gener samtidig som en gruppe. Vårt Chrom3D-programvare har også tillatt oss til å analysere for første gang effekten av mutasjoner i proteiner av kjernemembranen (kalt laminer) som forårsaker sykdom som muskel- eller fett-dystrofier (smelting). Vi viser at noen av disse mutasjonene i stor grad påvirker 3D-organisasjonen av kromosomer og forstyrrer genuttrykksprogrammer i stamceller. Vi har også vist at i fettstamceller øker en vanlig lamin mutasjon som forårsaker fett-dystrofi uttrykket av et bestemt gen som koder for et lite RNA-molekyl som blokkerer fettdifferensiering. Vi har oppdaget de molekylære mekanismene bak dette. Disse involverer problemer med kromosom folding rundt dette genet, som gjør at det ikke blir ordentlig slått av når det skal. Våre funn gir nye synspunkter på hvordan disse mutasjonene kan forårsake sykdom.

Understanding the molecular details of adipogenesis is critical as dysregulated function of adipose tissue is often linked to obesity, diabetes and cardiovascular diseases. Much is known on the regulation of genes controlling adipogenic differentiation of adipocyte progenitors. These mechanisms have been disclosed considering a 2-dimensional (linear) genome. However, chromatin integrates genetic and epigenetic information and converts this information into gene expression outcomes as a 3-dimensional (3D) hub. Spatial organization of chromatin within boundaries of the cell nucleus is modulated by 3D genome folding, intra- and inter-chromosomal interactions, and interactions of genomic loci or domains with the nuclear envelope, in particular the nuclear lam ina. We hypothesize that developmentally regulated nuclear lamin A, a component of the lamina, impacts the 3D genome organization, gene expression outcomes and stem cell differentiation capacity. This project investigates the impact of lamin A as a determ inant of stem cell 3D genome folding and gene expression programs in adipose stem cells (ASCs). Our approach combines stem cell and chromatin biology, genomics, 3D imaging and computational biology. OBJECTIVE 1 aims to determine how adipogenic differentia tion remodels genome-wide lamin A-genome interactions in ASCs. OBJECTIVE 2 identifies transitions in 3D genome conformation genome-wide and at lamin A target loci during adipogenic differentiation. OBJECTIVE 3 assesses the impact of lamin A on 3D genome f olding in ASCs. The results will bring our appreciation of somatic stem cell differentiation potential to a whole new 3D level. Impact of the work extends beyond the fundamentals of gene regulation, and aims to build a conceptually new platform for opport unities to approach tissue repair. Two postdocs with experience in genomics will be hired carry out this project with in-house assistance and that of collaborators.