MLV integration site selection is driven by strong enhancers and active promoters

Abstract

Retroviruses integrate into the host genome in patterns specific to each virus. Understanding the causes of these patterns can provide insight into viral integration mechanisms, pathology and genome evolution, and is critical to the development of safe gene therapy vectors. We generated murine leukemia virus integrations in human HepG2 and K562 cells and subjected them to second-generation sequencing, using a DNA barcoding technique that allowed us to quantify independent integration events. We characterized >3 700 000 unique integration events in two ENCODE-characterized cell lines. We find that integrations were most highly enriched in a subset of strong enhancers and active promoters. In both cell types, approximately half the integrations were found in <2% of the genome, demonstrating genomic influences even narrower than previously believed. The integration pattern of murine leukemia virus appears to be largely driven by regions that have high enrichment for multiple marks of active chromatin; the combination of histone marks present was sufficient to explain why some strong enhancers were more prone to integration than others. The approach we used is applicable to analyzing the integration pattern of any exogenous element and could be a valuable preclinical screen to evaluate the safety of gene therapy vectors.

Le rôle des protéines BET dans l’intégration des γ-rétrovirus

“…Ce tropisme contribue probablement à l'expression des RV [6][7][8][9] mais il explique aussi, en partie [10], leur oncogénicité marquée car il accroît impliquées dans la sélection des sites d'intégration. En effet, un LV hybride codant IN de MLV tend à reproduire la prédilection des RV pour l'intégration au sein des promoteurs [4].…”

“…Pour comprendre comment IN de MLV sélectionne les sites d'intégration, trois équipes ont cherché les protéines cellulaires capables d'interagir avec elle. Les partenaires identifiés sont trois protéines apparentées, BRD2 (bromodomaincontaining protein 2), BRD3 et BRD4, qui présentent deux bromodomaines préférentiellement dans le corps des gènes transcrits ( Figure 1B) [2][3][4][6][7][8][9][10][11][12]. Les LV sont moins oncogéniques que les RV [10].…”

“…forts [7][8][9]. Par exemple, dans des cellules souches hématopoïétiques humaines, 15 % des intégrations d'un RV ont lieu dans les promoteurs actifs, soit 14 fois ce que prédit une intégration aléatoire [8] (Figure 1B).…”

“…Les enhancers forts concentrent la majorité des autres intégrations [8] (Figure 1B). Une catégorie d'enhancer fort est jusqu'à 40 fois plus représentée que le prédit une intégration aléatoire [9]. Notons que ces biais sont observés dans des conditions permettant d'exclure qu'ils ne procèdent que d'une sélection des cellules portant des intégrations favorables à leur survie ou leur prolifération [8,9].…”

Applications of DNA integrating elements: Facing the bias bully

“…In a comparison of 3700000 MuLV integration sites in K562 cells with the corresponding ENCODE data, the previously reported bias of MuLV 23 for regulatory elements such as enhancers and promoters was confirmed. 24 An especially broad study characterized integration bias of a wide range of retroviruses, MuLV, HIV, ASLV, Porcine Endogenous Retrovirus (PERV), Xenotropic Murine leukemia virus-related Virus (XMRV), Human T-lymphotropic Virus (HTLV), and Foamy Virus (FV) with respect to histone modifications and transcription factor binding as determined by ChIPseq. 12 Strong association was observed of MuLV, PERV, and XMRV with STAT1, H3/H4 acetylation, and H2AZ/H3K4/K9 methylation.…”