CCCTC-binding factor (CTCF), a zinc finger protein, is a transcription factor and regulator of chromatin structure. Forebrain excitatory neuron-specific CTCF deficiency contributes to inflammation via enhanced transcription of inflammation-related genes in the cortex and hippocampus. However, little is known about the long-term effect of CTCF deficiency on postnatal neurons, astrocytes, or microglia in the hippocampus of adult mice. To address this, we knocked out the Ctcf gene in forebrain glutamatergic neurons (Ctcf cKO) by crossing Ctcf-floxed mice with Camk2a-Cre mice and examined the hippocampi of 7.5-10-month-old male mice using immunofluorescence microscopy. We found obvious neuronal cell death and reactive gliosis in the hippocampal cornu ammonis (CA)1 in 7.5-10-month-old cKO mice. Prominent rod-shaped microglia that participate in immune surveillance were observed in the stratum pyramidale and radiatum layer, indicating a potential increase in inflammatory mediators released by hippocampal neurons. Although neuronal loss was not observed in CA3, and dentate gyrus (DG) CTCF depletion induced a significant increase in the number of microglia in the stratum oriens of CA3 and reactive microgliosis and astrogliosis in the molecular layer and hilus of the DG in 7.5-10-month-old cKO mice. These results suggest that long-term Ctcf deletion from forebrain excitatory neurons may contribute to reactive gliosis induced by neuronal damage and consequent neuronal loss in the hippocampal CA1, DG, and CA3 in sequence over 7 months of age.
CCCTC-binding factor (CTCF) critically contributes to 3D chromatin organization by determining topologically associated domain (TAD) borders. Although CTCF primarily binds at TAD borders, there also exist putative CTCF-binding sites within TADs, which are spread throughout the genome by retrotransposition. However, the detailed mechanism responsible for masking the putative CTCF-binding sites remains largely elusive. Here, we show that the ATP-dependent chromatin remodeler, chromodomain helicase DNA-binding 4 (CHD4), regulates chromatin accessibility to conceal aberrant CTCF-binding sites embedded in H3K9me3-enriched heterochromatic B2 short interspersed nuclear elements (SINEs) in mouse embryonic stem cells (mESCs). Upon CHD4 depletion, these aberrant CTCF-binding sites become accessible and aberrant CTCF recruitment occurs within TADs, resulting in disorganization of local TADs. RNA-binding intrinsically disordered domains (IDRs) of CHD4 are required to prevent this aberrant CTCF binding, and CHD4 is critical for the repression of B2 SINE transcripts. These results collectively reveal that a CHD4-mediated mechanism ensures appropriate CTCF binding and associated TAD organization in mESCs.
CTCF, Zinc-finger protein, has been identified as a multifunctional transcription factor that regulates gene expression through various mechanisms, including recruitment of other co-activators and binding to promoter regions of target genes. Furthermore, it has been proposed to be an insulator protein that contributes to the establishment of functional three-dimensional chromatin structures. It can disrupt transcription through blocking the connection between an enhancer and a promoter. Previous studies revealed that the onset of various diseases, including breast cancer, could be attributed to the aberrant expression of CTCF itself or one or more of its target genes. In this review, we will describe molecular dysfunction involving CTCF that induces tumorigenesis and summarize the functional roles of CTCF in breast cancer.
The inner ear is a complex sensory organ responsible for hearing and balance. Formation of the inner ear is dependent on tight regulation of spatial and temporal expression of genes that direct a series of developmental processes. Recently, epigenetic regulation has emerged as a crucial regulator of the development of various organs. However, what roles higher-order chromatin organization and its regulator molecules play in inner ear development are unclear. CCCTC-binding factor (CTCF) is a highly conserved 11-zinc finger protein that regulates the three-dimensional architecture of chromatin, and is involved in various gene regulation processes. To delineate the role of CTCF in inner ear development, the present study investigated inner ear-specific Ctcf knockout mouse embryos (Pax2-Cre; $Ctcf^{fl/fl}$). The loss of Ctcf resulted in multiple defects of inner ear development and severely compromised otic neurogenesis, which was partly due to a loss of Neurog1 expression. Furthermore, reduced Neurog1 gene expression by CTCF knockdown was found to be associated with changes in histone modification at the gene's promoter, as well as its upstream enhancer. The results of the present study demonstrate that CTCF plays an essential role in otic neurogenesis by modulating histone modification in the Neurog1 locus.
Seong Ryeong Kang;Soo Hyun Seo;Kyunghoon Kim;Hee Bum Yang;Hye Ran Yang;Anna Cho
Journal of Genetic Medicine
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v.20
no.2
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pp.70-74
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2023
CCCTC-binding factor (CTCF) is a transcriptional regulator that binds to a complex DNA motif in various orientations and plays a crucial role in regulating gene expression, chromatin restructuring, and developmental processes. Mutations in the CTCF are associated with neurodevelopmental disorders. Here we report the first Korean case with a de novo heterozygous variant in the CTCF (c.1025G>A; p.Arg342His). She showed global developmental delay, failure to thrive, and dysmorphic face, which are phenotypes consistent with previous reports in the autosomal dominant intellectual developmental disorder 21 (MIM 615502). She also showed clinical features not previously reported, such as antral web and tracheobronchomalacia. Our case follows suit and expands understanding of this rare disorder by reporting common features and, on the other hand, unreported concomitant congenital anomalies.
It is becoming increasingly clear that eukaryotic genomes are subjected to higher-order chromatin organization by the CCCTC-binding factor/cohesin complex. Their dynamic interactions in three dimensions within the nucleus regulate gene transcription by changing the chromatin architecture. Such spatial genomic organization is functionally important for the spatial disposition of chromosomes to control cell fate during development and differentiation. Thus, the dysregulation of proper long-range chromatin interactions may influence the development of tumorigenesis and cancer progression.
Based on the collisional time correlation function (CTCF) formalism, Kim and Micha derived a simple expression which gives nascent rotational state distribution of molecules after collision with fast atoms.32 The expression is valid when the collision time is short and the collision is impulsive in nature. This expression has been applied to analyze the experimentally measured, state resolved rotational distribution of CO2 in various types of vibrational levels, i.e., (0001), (0111), (0002), and (1000/0200). The theoretical distributions obtained from this CTCF based expression can represent the experimentally measured rotational distributions remarkably well, and have been found to be much superior to those obtained from other simple theories such as Boltzmann distribution, prior distribution, breathing ellipsoid model, and phase space statistical calculation.
The faulty regulation of imprinting gene lead to the abnormal development of reconstructed embryo after nuclear transfer. However, the correlation between the imprinting status of donor cell and preimplantation stage of embryo development is not yet clear. In this study, to determine this correlation, we used the porcine spermatogonial stem cell (pSSC) and fetal fibroblast (pFF) as donor cells. As the results, the isolated cells with laminin matrix selection strongly expressed the GFR ${\alpha}$-1 and PLZF genes of SSCs specific markers. The pSSCs were maintained to 12 passages and positive for the pluripotent marker including OCT4, SSEA1 and NANOG. The methylation analysis of H19 DMR of pSSCs revealed that the zinc finger protein binding sites CTCF3 of H19 DMRs displayed an androgenic imprinting pattern (92.7%). Also, to investigate the reprogramming potential of pSSCs as donor cell, we compared the development rate and methylation status of H19 gene between the reconstructed embryos from pFF and pSSC. This result showed no significant differences of the development rate between the pFFs ($11.2{\pm}0.8%$) and SSCs ($13.3{\pm}1.1%$). However, interestingly, while the CTCF3 methylation status of pFF-NT blastocyst was decreased (36.3%), and the CTCF3 methylation status of pSSC-NT blastocyst was maintained. Therefore, this result suggested that the genomic imprinting status of pSSCs is more effective than that of normal somatic cells for the normal development because the maintenance of imprinting pattern is very important in early embryo stage.
Insulin-like growth factor II (IGF2) and H19 genes are mutually imprinted genes which may be responsible for abnormalities in the cloned fetuses and offspring. This study was performed to identify putative differentially methylated regions (DMRs) of porcine H19 locus and to explore its genomic imprinting in in vitro fertilized (IVF) and somatic cell nuclear transferred (SCNT) embryos. Based on mice genomic data, we identified DMRs on H19 and found porcine H19 DMRs that included three CTCF binding sites. Methylation patterns in IVF and SCNT embryos at the 2-, 4-, $8{\sim}16$-cells and blastocyst stages were analyzed by BS (Bisulfite Sequencing)-PCR. The CpGs in CTCF1 was significantly unmethylated in the 2-cell stage IVF embryos. However, the 4- (29.1%) and $8{\sim}16$-cell (68.2%) and blastocyst (48.2%) stages showed higher methylation levels (p<0.01). On the other hand, SCNT embryos were unmethylayted ($0{\sim}2%$) at all stages of development. The CpGs in CTCF2 showed almost unmethylation levels at the 2-,4- and $8{\sim}16$-cell and blastocyst stages of development in both IVF ($0{\sim}14.1%$) and SCNT ($0{\sim}6.4%$) embryos. At all stages of development, CTCF3 was unmethylated in IVF ($0{\sim}17.3%$) and SCNT ($0{\sim}1.2%$) embryos except at the blastocyst stage (54.5%) of IVF embryos. In conclusion, porcine SCNT embryos showed an aberrant methylation pattern comprised to IVF embryos. Therefore, we suggest that the aberrant methylation pattern of H19 loci may be a reason for increased abnormal fetus after embryo transfer of porcine SCNT embryos.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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