Interactions between epigenetic readers and histone modifications play a pivotal role in gene expression regulation and aberrations can enact etiopathogenic roles in both developmental and acquired disorders like cancer. Typically, epigenetic interactions are studied by mass spectrometry or chromatin immunoprecipitation sequencing. However, in these methods, spatial information is completely lost. Here, we devise an expansion microscopy based method, termed Expansion Microscopy for Epigenetics or ExEpi, to preserve spatial information and improve resolution. We calculated relative co-localization ratios for two epigenetic readers, lens epithelium derived growth factor (LEDGF) and bromodomain containing protein 4 (BRD4), with marks for heterochromatin (H3K9me3 and H3K27me3) and euchromatin (H3K36me2, H3K36me3 and H3K9/14ac). ExEpi confirmed their preferred epigenetic interactions, showing co-localization for LEDGF with H3K36me3/me2 and for BRD4 with H3K9/14ac. Moreover addition of JQ1, a known BET-inhibitor, abolished BRD4 interaction with H3K9/14ac with an IC50 of 137 nM, indicating ExEpi could serve as a platform for epigenetic drug discovery. Since ExEpi retains spatial information, the nuclear localization of marks and readers was determined, which is one of the main advantages of ExEpi. The heterochromatin mark, H3K9me3, is located in the nuclear rim whereas LEDGF co-localization with H3K36me3 and BRD4 co-localization with H3K9/14ac occur further inside the nucleus.

中文翻译：

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扩展显微镜允许对表观遗传阅读器进行高分辨率单细胞分析

表观遗传阅读器和组蛋白修饰之间的相互作用在基因表达调控中发挥着关键作用，畸变可以在发育和获得性疾病（如癌症）中发挥致病作用。通常，通过质谱或染色质免疫沉淀测序研究表观遗传相互作用。然而，在这些方法中，空间信息完全丢失。在这里，我们设计了一种基于扩展显微镜的方法，称为表观遗传学扩展显微镜或 ExEpi，以保存空间信息并提高分辨率。我们计算了两个表观遗传阅读器、晶状体上皮衍生生长因子 (LEDGF) 和含溴结构域蛋白 4 (BRD4) 的相对共定位比，并带有异染色质（H3K9me3 和 H3K27me3）和常染色质（H3K36me2、H3K36me3 和 H3K9/14ac）的标记。ExEpi 证实了它们首选的表观遗传相互作用，显示 LEDGF 与 H3K36me3/me2 以及 BRD4 与 H3K9/14ac 的共定位。此外，添加 JQ1（一种已知的 BET 抑制剂）消除了 BRD4 与 H3K9/14ac 的相互作用，IC50 为 137 nM，表明 ExEpi 可以作为表观遗传药物发现的平台。由于 ExEpi 保留了空间信息，因此确定了标记和阅读器的核定位，这是 ExEpi 的主要优势之一。异染色质标记 H3K9me3 位于核边缘，而 LEDGF 与 H3K36me3 共定位和 BRD4 与 H3K9/14ac 共定位发生在细胞核内部。消除了 BRD4 与 H3K9/14ac 的相互作用，IC50 为 137 nM，表明 ExEpi 可以作为表观遗传药物发现的平台。由于 ExEpi 保留了空间信息，因此确定了标记和阅读器的核定位，这是 ExEpi 的主要优势之一。异染色质标记 H3K9me3 位于核边缘，而 LEDGF 与 H3K36me3 共定位和 BRD4 与 H3K9/14ac 共定位发生在细胞核内部。消除了 BRD4 与 H3K9/14ac 的相互作用，IC50 为 137 nM，表明 ExEpi 可以作为表观遗传药物发现的平台。由于 ExEpi 保留了空间信息，因此确定了标记和阅读器的核定位，这是 ExEpi 的主要优势之一。异染色质标记 H3K9me3 位于核边缘，而 LEDGF 与 H3K36me3 共定位和 BRD4 与 H3K9/14ac 共定位发生在细胞核内部。