The haploinsufficiency of KMT2D (encoding for the histone methyltransferase MLL4) represents the underlying cause of Kabuki syndrome: a rare multi-systemic disease. MLL4 belongs to the Trithorax (TrxG) group of proteins, involved in maintaining active gene expression, which functionally antagonize Polycomb (PcG) proteins, implicated in the establishment of the repressive state.
Recently, we demonstrated that MLL4, through liquid-liquid phase separation, contributes to the assembly of transcriptional condensates, which are in equilibrium with the PcG ones. In MLL4 loss of function (MLL4 LoF) conditions, this equilibrium is perturbed: the alteration of transcriptional condensates, accompanied by decreasing level of MLL4-deposited histone marks (H3K4me1 and H3K27ac), affects the PcG repressive compartments in terms of increased H3K27me3 deposition and Polycomb repressive complex 1 (PRC1) protein clustering. Besides the transcriptional regulation function, the chromatin-associated condensates seem to be also involved in defining the biomechanical and physics function of the nucleus.
Despite such evidence, the comprehensive dynamic and relationship between chromatin-associated condensates and chromatin compartments have not yet been fully elucidated. We propose that transcriptional condensates affect the probability of repressive-associated chromatin regions being in proximity. By combining chromatin profiling with 3D chromatin organization studies, we are dissecting the mechanisms governing the interplay between chromatin condensates and compartments, at the genomic level. Furthermore, we are interested in understanding how other chromatin remodeling complexes, such as the ATP-dependent complex BAF, are differently regulated in the disease model. Overall, our study can help in understanding how chromatin can modulate the mechanical properties impacting the nuclear architecture, shedding light on this mechanism in Kabuki patients.
Qual è la relazione tra condensati trascrizionali e repressori in un modello di sindrome di Kabuki?
L'aploinsufficienza di KMT2D (gene codificante per la metil-transferasi MLL4) comporta la sindrome di Kabuki: una rara malattia genetica multi-sistemica.
MLL4 appartiene al gruppo di proteine Trithorax (TrxG), coinvolte nell'attivazione dell'espressione genica, le quali sono funzionalmente opposte a Polycomb (PcG), implicate invece nella repressione trascrizionale.
Recentemente, è stato dimostrato che MLL4, tramite un processo di separazione di fase, contribuisce alla creazione di condensati trascrizionali, i quali sono in equilibrio con i condensati Polycomb. Nello stato patologico della sindrome di Kabuki, questo equilibrio è alterato: in seguito alla riduzione di MLL4 diminuiscono i condensati trascrizionali, e le relative modifiche istoniche da esso depositate (H3K4me1 e H3K27ac); mentre, in maniera opposta, aumenta il compartimento repressorio associato a Polycomb. Inoltre, oltre alla tipica funzione di regolazione trascrizionale, i condensati hanno una funzione nel definire le proprietà biomeccaniche e fisiche del nucleo.
Nonostante queste evidenze, la complessiva relazione che avviene a livelli genomico tra condensati trascrizionali e repressori non è del tutto chiara. La nostra ipotesi è che la presenza dei condensati trascrizionali influenzi la probabilità che le regioni cromatiniche associate a PcG siano tra loro in contatto. Combinando approcci di caratterizzazione epigenetica e organizzazione 3D della cromatina, stiamo investigando quale sia il meccanismo che governa il loro rapporto reciproco a livello genomico. Inoltre, siamo interessanti a capire come altri rimodellatori della cromatina, come ad esempio il complesso ATP-dipendente BAF, siano differentemente regolati nel modello di sindrome di Kabuki in studio. Il nostro studio può aiutare a comprendere come questi condensati "comunichino" tra loro, e di conseguenze come la cromatina moduli l'architettura nucleare, facendo così luce su tali meccanismi nella sindrome di Kabuki.
Fasciani A, D'Annunzio S, Poli V, et al. MLL4-associated condensates counterbalance Polycomb-mediated nuclear mechanical stress in Kabuki syndrome. Nat Genet. 2020;52(12):1397-1411. doi:10.1038/s41588-020-00724-8