Enhancer transskription: hvad, hvor, hvornår og hvorfor?

Søgeord

• initiativtagere
• eRNA
• embryonale udvikling
• middel
• P-TEFb
• superenhancers
• transskription
• afslutning

Enhancers er regulerende elementer, der aktiverer promotor transskription over store afstande, og uafhængigt af orienteringen (Serfling et al. 1985). Mens både promotorer og forstærkere er kendt for at binde transkriptionsfaktorer (TFs), blev det kun antaget, at promotorer initierede transkription med RNA-polymerase II (Pol II)., Med fremkomsten af high-throughput sekventering, molekylære funktioner på forstærkere og initiativtagere er blevet afsløret i hidtil uset detalje: forstærkere producere RNA ‘ er (eRNAs) in vivo (Kim et al. 2010) med en initierings-og kromatinarkitektur, der bemærkelsesværdigt ligner promotorer (Core et al. 2014; Scruggs et al. 2015). Dette har i høj grad fornyet interesse i den oversete konstatering af, at pattedyrsforstærkeraktivitet kan forekomme sammen med promotoraktivitet (Serfling et al. 1985; Arnold et al. 2013; Dao et al. 2017)., I dette nummer af gener & Developement præciserer to rapporter yderligere rollen som forstærkertranskription. Henriques et al. (2018) udfører detaljerede genom-dækkende analyser af midlertidig standsning og afslutning på uden markeringer transskription start steder (TSSs) og viser en slående overlapper med smagsforstærkere, der er identificeret tidligere af episomal STARR-seq (self-overførsel aktiv lovgivningsmæssige område med sequencer) analyse (Arnold et al. 2013). Mikhaylichenko et al. (2018) sammenlign transkriptionel styrke og retningsbestemmelse med forstærker-og promotoraktiviteter in vivo., Begge undersøgelser er afhængige af korte udjævnede RNA-sekventeringsteknikker-Start-se.og PRO-cap (en præcisionskernekørsel-sekventeringsvariant)—der identificerer TSS ‘ er på tværs af genomet med høj følsomhed. Henri .ues et al. (2018) tilbyde en detaljeret karakterisering af enhancer transkription i Drosophila S2 celler ved at sammenligne produktion af korte capped RNA ‘ er til enhancer aktivitet. Efterforskerne fandt, at 49% af Start-se.-identificerede tidligere ikke-annoterede TSSs overlapper med STARR-se. – kaldte enhancers. Desuden 94.,2% af enhancere, der findes inden for tilgængeligt chromatin in vivo, viser mindst fem RNA-læsninger, hvilket er i overensstemmelse med de fleste enhancere, der driver et vist niveau af transkription. Niveauet af korte afgrænsede RNA ‘ er viste moderat korrelation med episomal enhancer-aktivitet (==0, 24), hvilket antyder en vis kvantitativ forbindelse mellem enhancer-transkription og aktivitet. Interessant nok rapporterer efterforskerne, at de fleste forstærkere er divergent eller konvergent transkriberet eller begge dele.

lignende resultater blev opnået af Mikhaylichenko et al., (2018), der undersøgte hvor og hvornår enhancer transkription og enhancer aktivitet forekommer i Drosophila embryoner. Ved at generere hele-embryo PRO-cap og BUR (cap analyse af genekspression) data på matchet tid point, efterforskerne sammenligne transskription med transgene reporter aktivitet på tusindvis af tidligere kendetegnet udviklingsmæssige smagsforstærkere. Resultaterne validerer konceptet om, at enhancer-transkription generelt falder sammen med dets funktionelle aktivitet, og at aktive forstærkere kan have en række transkriptionsniveauer og retningsegenskaber., Manglende evne til at opdage Erna-produktion fra enhver funktionel forstærker åbner muligheden for ikke-beskrevne, men aktive forstærkere in vivo eller kan simpelthen afspejle den reducerede følsomhed af helembryo-assays. Begrebet forskellige forstærkermekanismer understøttes af forskellige ændringer i transkription og kromatin detekteret ved induceret TF-binding (vihervaara et al. 2017).

for at kvantificere transkriptionel styrke og retningsbestemmelse fra regulatoriske elementer, Mikhaylichenko et al., (2018) udviklede en elegant transgen assay med dobbeltvektorer, der samtidig vurderer elementets evne til at fungere som en forstærker og en promotor in vivo. I et begrænset sæt repræsentative elementer fungerede de fleste forstærkere med tovejs transkription som svage promotorer i begge retninger. Denne promotoraktivitet forekom hovedsageligt i det samme væv eller undergruppe af celler som grundstoffernes endogene forstærkeraktivitet, hvilket indikerer, at forstærkere og promotorer er afhængige af de samme regulatoriske komponenter., Projektholdere med tovejs transskription nærede nogle enhancer aktivitet, ser ud til at fungere som en forstærker og fortaler for de samme gen, svarende til de seneste resultater i humane celler (Dao et al. 2017). I modsætning hertil viste flertallet af promotorer med ensrettet transkription ikke forstærkeraktivitet, og den endogene retning af transkription korrelerede med orienteringen, hvor elementet fungerede som en promotor., Tilsammen er disse resultater i overensstemmelse med opstrøms promotorsekvenser og deres opstrøms antisense TSSs opfører sig på samme måde som distale forstærkere (Serfling et al . 1985; Arnold et al. 2013; Scruggs et al. 2015; Dao et al. 2017).

den samlede kromatinarkitektur og transkription hos promotorer og forstærkere antyder delte reguleringsmekanismer (Core et al. 2014). For eksempel er et af de største hastighedsbegrænsende trin hos de fleste promotorer pause-release, reguleret af SPT5 og p–tefb. Henriques et al. (2018) demonstrere, at disse samme faktorer regulerer pauser hos enhancers., Det er vigtigt, at undersøgelsen giver elegante tidskursedata, der estimerer pause halveringstider genom-dækkende og demonstrerer mindre stabil pause hos enhancere end promotorer. Desuden, sekventering oligo-adenylated mellemprodukter fra exosome-mangelfuld celler afdækket for tidlig afslutning på smagsforstærkere, hvilket tyder på, at enhancer aktivitet kan stole på de lokale genbrug af ophør Pol II. Endelig efterforskere rapport, at der i mus ESCs, “superenhancers” og mange projektholdere, der indeholder store klynger af TSSs, hvilket indikerer lignende regulerende mekanismer, der er på disse loci., Interessant, sådanne steder har ekstremt hurtig pause-release, måske drevet af høje lokale koncentrationer af P-tefb, og synes således resistente over for tab af pausefaktorer. I alt Henri .ues et al. (2018) Bekræft og udvid vores mekanistiske forståelse af initiering, pause og opsigelse og afklar mønstre af histonmodifikation og afstamningsdefinerende TF ‘ er hos enhancers.

dybe udfordringer på området skal stadig løses for yderligere at afklare forstærkermekanismer., En stor udfordring er at strengt tildele funktionelle forstærker-promotor forbindelser og kvantificere forstærker styrke med hensyn til hvert mål gen i sin endogene kontekst. Alt for ofte er vi nødt til at stole på det “nærmeste genestimat”, som er utilstrækkeligt in vivo (Fulco et al. 2016). En anden udfordring er at identificere enhancers genom-dækkende. Henriques et al. (2018) viser overbevisende, at h3k4me1/h3k4me3-forholdet ikke identificerer stærkt transkriberede forstærkere, i overensstemmelse med rapporter i pattedyrceller (Core et al. 2014; Dao et al. 2017)., Disse resultater indikerer, at forstærkere er vanskelige at skelne fra promotorer ved histonmodifikationsmønstre alene og fremhæver nytten ved at bruge ustabil tovejs transkription til enhancer identifikation. De funktioner og mekanismer, der angiver hurtig pol II-opsigelse og Erna-ustabilitet på disse steder, er stadig ikke fuldt ud identificeret.

Smagsforstærkere og projektledere har mange funktioner, herunder lignende sekvens motiver, transskription maskiner, chromatin miljø, og ændringer i aktivitet ved binding af aktivatorer eller repressors (Core et al. 2014; Scruggs et al., 2015; Fulco et al. 2016; Vihervaara et al. 2017). Imidlertid forbliver transkriptionens funktionelle rolle fra forstærkere undvigende. Det er fristende at spekulere i, at transskription selv hjælper med at mægle enhancer–promotor colocalization, måske gennem Pol II ‘ s affinitet for fælles coactivators som Mægler, CBP, Integrator, remodeling komplekser, og histon modifikatorer. Alternativt kan transkription simpelthen opretholde åben og aktiv kromatinarkitektur (for eksempel Scruggs et al. 2015), hvilket tillader enhancer–promotor-interaktioner gennem faktorbinding., Enten model af transskription-drevet forstærker og promotor tilslutningsmuligheder hjælper med at forklare deres ekstreme ligheder i initiering og pause adfærd.

• © 2018 Tippens et al.; Udgivet af Cold Spring Harbor Laboratory Tryk på