Enhancer transkripce: co, kde, kdy a proč?

1. Nathaniel D. Tippens1,2,
2. Anniina Vihervaara1 a
3. John T. Lis1,2

1. 1Department Molekulární Biologie a Genetiky, Cornell University, Ithaca, New York 14853, USA;
2. 2Tri-Institucionální vzdělávací Program ve Výpočetní Biologie a Medicíny, Cornell University, Ithaca, New York 14853, USA

1. Odpovídající autor: johnlis{v}cornell.,edu

Klíčová slova

• stimulátory
• eRNA
• embryonálního vývoje
• stimulátory
• P-TEFb
• superenhancers
• přepis
• ukončení

Stimulátory jsou regulační prvky, které aktivují promotor transkripce přes velké vzdálenosti, a to nezávisle na orientaci (Serfling et al. 1985). Zatímco je známo, že promotory i zesilovače váží transkripční faktory (TFs), pouze promotory byly považovány za iniciaci transkripce RNA polymerázou II (Pol II)., S příchodem sekvenování s vysokou propustností byly molekulární rysy u zesilovačů a promotorů odhaleny bezprecedentně podrobně: zesilovače produkují RNAS (eRNAs) in vivo (Kim et al. 2010) s iniciační a chromatinovou architekturou pozoruhodně podobnou architektuře promotorů (Core et al. 2014; Scruggs et al. 2015). To výrazně obnovilo zájem o přehlížené zjištění, že aktivita stimulátoru savců se může společně vyskytnout s promotorovou aktivitou (Serfling et al. 1985; Arnold et al. 2013; Dao et al. 2017)., V tomto vydání genů & vývoj, dvě zprávy dále objasňují roli transkripce enhanceru. Henriques et al. (2018) provádějte podrobné analýzy celého genomu o pozastavení a ukončení na neanotovaných místech zahájení transkripce (TSS) a vykazujte výrazný přesah s zesilovači identifikovanými dříve pomocí testu episomal STARR-seq (self-transkribing active regulatory region with sequencing) (Arnold et al. 2013). Mikhaylichenko et al. (2018) porovnejte transkripční sílu a směrovost s aktivitami enhancer a promotor in vivo., Obě studie se spoléhají na techniky sekvenování krátkých limitovaných RNA-Start-seq a PRO-cap (přesná jaderná varianta sekvenování)-které identifikují TSS v genomu s vysokou citlivostí.

Henriques et al. (2018) nabízí podrobnou charakterizaci transkripce enhanceru v buňkách Drosophila S2 porovnáním produkce krátkých limitovaných rna s enhancerovou aktivitou. Vyšetřovatelé zjistili, že 49% dříve neanotovaných TSS identifikovaných Start-seq se překrývá s zesilovači zvanými STARR-seq. Navíc 94.,2% zesilovačů nalezených v přístupném chromatinu in vivo vykazuje nejméně pět čtení RNA, což odpovídá většině zesilovačů, které řídí určitou úroveň transkripce. Úroveň krátké limitován RNAs ukázal mírné korelace s episomální enhancer činnosti (ρ = 0.24), což naznačuje, že některé kvantitativní spojení mezi zesilovač transkripce a aktivity. Zajímavé je, že vyšetřovatelé uvádějí, že většina zesilovačů je divergentně nebo konvergentně přepsána nebo obojí.

podobné výsledky byly získány Mikhaylichenko et al., (2018), který zkoumal, kde a kdy se u embryí Drosophila vyskytuje transkripce a enhancer enhancer. Tím, že vytvářejí celek-embryo PRO-cap a KLEC (szp analýza genové exprese) údaje na čas uzavřeno bodů, vyšetřovatelé porovnávat přepis s transgenní reportér činnost na tisíce dříve charakterizovány vývojové zesilovače. Výsledky potvrzují koncept, který enhancer transkripce se obecně shoduje s jeho funkční aktivitou a že aktivní zesilovače mohou mít řadu úrovní transkripce a směrů., Neschopnost detekovat produkci eRNA z každého funkčního zesilovače ponechává otevřenou možnost pro nepřeložené, ale aktivní zesilovače in vivo nebo může jednoduše odrážet sníženou citlivost testů celého embrya. Koncept různorodé enhancer mechanismů je podporován řadu změn v transkripci chromatinu a zjištěn na vyvolané TF závazné (Vihervaara et al. 2017).

kvantifikovat transkripční sílu a směrovost z regulačních prvků, Mikhaylichenko et al., (2018) vyvinula elegantní transgenní test s dvojitými vektory, které současně hodnotí schopnost prvku fungovat jako zesilovač a promotor in vivo. V omezené sadě reprezentativních prvků fungovala většina zesilovačů s obousměrnou transkripcí jako slabé promotory v obou směrech. Tato promotorová aktivita se vyskytovala převážně ve stejné tkáni nebo podskupině buněk jako endogenní enhancerova aktivita prvků, což naznačuje, že zesilovače a promotory závisí na stejných regulačních složkách., Kromě toho propagátoři s obousměrnou transkripcí vykazovali určitou aktivitu zesilovače, která se jevila jako zesilovač a promotor pro stejný gen, podobně jako nedávné výsledky v lidských buňkách (Dao et al. 2017). V kontrastu, většina organizací s jednosměrný přepis neukázal enhancer činnosti, a endogenní směru transkripce koreluje s orientací v němž se prvek fungoval jako promotér., Společně jsou tyto výsledky v souladu s upstream promotorovými sekvencemi a jejich upstream antisense TSS, které se chovají podobně jako distální zesilovače (Serfling et al. 1985; Arnold et al. 2013; Scruggs et al. 2015; Dao et al. 2017).

jednotná Architektura chromatinu a transkripce u promotorů a zesilovačů naznačuje sdílené mechanismy regulace (Core et al. 2014). Například jedním z hlavních kroků omezujících rychlost u většiny promotérů je pauza-release, regulovaná SPT5 a P–TEFb. Henriques et al. (2018) ukazují, že tyto stejné faktory regulují pozastavení u zesilovačů., Důležité je, že studie poskytuje elegantní času-samozřejmě, data, která odhadů pauza poločas genomu-široký a ukazuje méně stabilní zastavil na stimulátory, než pořadatelé. Kromě toho sekvenování oligoadenylovaných meziproduktů z buněk s nedostatkem exosomu odhalilo předčasné ukončení u zesilovačů, což naznačuje, že aktivita zesilovače se může spolehnout na lokální recyklaci ukončeného Pol II. konečně, vyšetřovatelé uvádějí, že v ESCs myší, „superenhancers“ a mnoho promotérů obsahuje velké shluky TSS, což naznačuje podobné regulační mechanismy na těchto loci., Zajímavě, tyto stránky mají velmi rychlý pause–release, možná tažen vysokou lokální koncentrací P-TEFb, a tak se objeví odolné vůči ztrátě zastavil faktory. Dohromady, Henriques et al. (2018) potvrďte a rozšiřte naše mechanistické chápání iniciace, pozastavení a ukončení a objasněte vzorce modifikace histonu a TFs definující linii na enhancers.

hluboké výzvy v této oblasti musí být vyřešeny, aby se dále objasnily mechanismy zesilovače., Hlavní výzvou je důsledně přiřadit funkční enhancer–promotor připojení a kvantifikovat enhancer sílu s ohledem na každý cílový gen v jeho endogenním kontextu. Příliš často se musíme spoléhat na“ nejbližší odhad genu“, který je nedostatečný in vivo (Fulco et al. 2016). Další výzvou je identifikace zesilovačů v celém genomu. Henriques et al. (2018) přesvědčivě ukazují, že poměr h3k4me1/H3K4me3 nedokáže identifikovat vysoce transkribované zesilovače, v souladu se zprávami v buňkách savců (Core et al. 2014; Dao et al. 2017)., Tyto výsledky naznačují, že zesilovače jsou obtížné odlišit od podporovateli a modifikace histonů vzory sám a poukázat na užitečnost použití nestabilní obousměrný přepis enhancer pro identifikaci. Funkce a mechanismy, které specifikují rychlé ukončení Pol II a nestabilitu eRNA na těchto stránkách, musí být plně identifikovány.

zesilovače a promotory sdílejí mnoho funkcí, včetně podobných sekvenčních motivů, transkripčních strojů, chromatinového prostředí a změn aktivity při vazbě aktivátorů nebo represorů (Core et al. 2014; Scruggs et al., 2015; Fulco et al. 2016; Vihervaara et al. 2017). Funkční role transkripce z zesilovačů však zůstává nepolapitelná. Je lákavé spekulovat, že samotná transkripce pomáhá zprostředkovat kolokalizaci enhancer-promotor, možná prostřednictvím pol II afinity k běžným koaktivátorům, jako jsou mediátor, CBP, integrátor, remodelační komplexy a modifikátory histonu. Alternativně může transkripce jednoduše udržovat otevřenou a aktivní architekturu chromatinu (například Scruggs et al. 2015), což umožňuje interakce enhancer–promotor prostřednictvím vazby faktorů., Buď model transkripce řízené enhancer a promotor konektivity pomáhá vysvětlit jejich extrémní podobnosti v iniciaci a pozastavení chování.

• © 2018 Tippens et al.; Publikoval Cold Spring Harbor Laboratory Press