Single-nucleotide-level mapping of DNA regulatory elements that control fetal hemoglobin expression

生物 胎儿血红蛋白 遗传学 调节顺序 染色体构象捕获 抑制因子 基因 基因表达调控 基因表达 胎儿 增强子 怀孕
作者
Li Cheng,Yichao Li,Qian Qi,Peng Xu,Ruopeng Feng,Lance E. Palmer,Jingjing Chen,Ruiqiong Wu,Tiffany Yee,Jingjing Zhang,Yu Yao,Akshay Sharma,Ross C. Hardison,Mitchell J. Weiss,Yong Cheng
出处
期刊:Nature Genetics [Nature Portfolio]
卷期号:53 (6): 869-880 被引量:50
标识
DOI:10.1038/s41588-021-00861-8
摘要

Pinpointing functional noncoding DNA sequences and defining their contributions to health-related traits is a major challenge for modern genetics. We developed a high-throughput framework to map noncoding DNA functions with single-nucleotide resolution in four loci that control erythroid fetal hemoglobin (HbF) expression, a genetically determined trait that modifies sickle cell disease (SCD) phenotypes. Specifically, we used the adenine base editor ABEmax to introduce 10,156 separate A•T to G•C conversions in 307 predicted regulatory elements and quantified the effects on erythroid HbF expression. We identified numerous regulatory elements, defined their epigenomic structures and linked them to low-frequency variants associated with HbF expression in an SCD cohort. Targeting a newly discovered γ-globin gene repressor element in SCD donor CD34+ hematopoietic progenitors raised HbF levels in the erythroid progeny, inhibiting hypoxia-induced sickling. Our findings reveal previously unappreciated genetic complexities of HbF regulation and provide potentially therapeutic insights into SCD. An ABEmax-based screen identifies regulatory noncoding nucleotides in four loci that control erythroid fetal hemoglobin (HbF) expression. Targeting a repressor element raises HbF levels in cells from patients with sickle cell disease.
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