CTCF is a DNA-tension-dependent barrier to cohesin-mediated loop extrusion

진핵생물의 genomic DNA는 cohesin에 의해 loop 형태로 돌출됩니다. 이 과정을 억제함으로써, DNA 결합 단백질 CCCTC-binding factor(CTCF)는 발달 및 질병 상태에서 유전자 조절 및 재조합에 중요한 역할을 하는, topologically associating domains(TAD)를 생성합니다. CTCF가 어떻게 TAD 경계를 설정하고 어느 정도까지 cohesin에 침투할 수 있는지는 불분명합니다.

이 논문에서는 이러한 질문을 해결하기 위해, 시험관 내 DNA에서 단일 CTCF와 cohesin 분자의 상호 작용을 시각화합니다. 이들은 CTCF가 확산되는 응집소를 차단하기에 충분하며, 응집소가 TAD 경계에 축적되는 방식을 반영하고, 또한 CTCF가 어떻게 TAD 경계를 설정하는지를 반영하여 loop-extruding cohesin 응집소를 차단하기에 충분하다는 것을 보여줍니다. 예상대로 CTCF는 비대칭적으로 기능하지만, CTCF는 DNA 장력에 의존합니다. 또한, CTCF는 방향을 변경하고 루프 수축을 유도하여 cohesin의 루프 압출 활성을 조절합니다.

이들의 데이터는 기존의 가정과 동일 선상으로, CTCF가 cohesion-mediated loop extrusion에 대한 단순한 장벽 역할뿐 아니라 해당 과정의 능동적인 조절자라는 것을 나타내며, 이는 TAD 경계의 투과성이 DNA 장력에 의해 조절될 수 있음을 나타냅니다. 이러한 결과는 CTCF가 루프 압출 및 유전자 구조를 제어하는 방법에 대한 물리적인 원리를 보여줍니다.