Single molecule localization microscopy reveals DNA compaction and nascent RNA structure in vivo

Abstract

Chromatin organization and gene expression are interdependent. Previously, our group showed that nucleosomes form groups, termed clutches, whose size correlates with cell state. In this thesis, we carried out 3D, 2-color super-resolution microscopy to image core histones, DNA and RNA at nanoscale resolution. We identified the “clutch DNA” as the DNA whose compaction is dependent on the clutch. Moreover, we studied how the epigenetic state of the clutch alters the radius of the clutch DNA. We also identified nanodomains of nascent RNA, how they fall within the clutch DNA radius, and how their RNA density is inversely correlated to clutch size. These results provide novel insights into chromatin organization at the nanoscale level and show how the clutches affect DNA packaging and transcriptional activity.

La organización de la cromatina y la expresión génica son interdependientes. Previamente, nuestro grupo mostró que los nucleosomas forman grupos llamados “clutches”, cuyo tamaño está correlacionado con el estado celular. En esta tesis, se llevó a cabo microscopía de súper resolución en 3D y dos colores para poder obtener imágenes de histonas, ADN y ARN a una resolución nanoscópica. Se identificó el “clutch DNA” como aquel ADN cuya compactación es dependiente del “clutch”. Además, se estudió como el estado epigenético de los “clutches” altera el radio del “clutch DNA”. Se identificaron también nanodominios de ARN naciente, cuál es su ubicación dentro del radio del “clutch DNA”, y como la densidad de ARN está inversamente correlacionada con el tamaño del “clutch”. Estos resultados proporcionan nuevas perspectivas en la organización de la cromatina a escala nanométrica, y muestran como los clutches afectan tanto el empaquetamiento de ADN como la actividad transcripcional.