Transcripción potenciadora: ¿qué, dónde, cuándo y por qué?

Palabras Clave

• promotores
• eRNA
• Desarrollo embrionario
• potenciadores
• p-tefb
• superactivadores
• transcripción
• terminación

Los potenciadores son elementos reguladores que activan la transcripción promotora a grandes distancias e independientemente de la orientación (Serfling et al.. 1985). Mientras que se sabe que tanto los promotores como los potenciadores se unen a los factores de transcripción (TFs), solo se pensó que los promotores iniciaban la transcripción por ARN polimerasa II (Pol II)., Con el advenimiento de la secuenciación de alto rendimiento, las características moleculares de los potenciadores y promotores se han revelado con un detalle sin precedentes: los Potenciadores producen ARN (eRNAs) in vivo (Kim et al. 2010)con una arquitectura de iniciación y cromatina notablemente similar a la de los promotores (Core et al. 2014; Scruggs et al. 2015). Esto ha renovado enormemente el interés en el hallazgo pasado por alto de que la actividad potenciadora de los mamíferos puede co-ocurrir con la actividad promotora (Serfling et al. 1985; Arnold et al. 2013; Dao et al. 2017)., En esta edición del desarrollo de Genes &, dos informes aclaran aún más el papel de la transcripción potenciadora. Henriques et al. (2018) realizan análisis detallados de todo el genoma de la pausación y terminación en sitios de inicio de transcripción no anotados (TSSs) y muestran una sorprendente superposición con potenciadores identificados previamente por el ensayo episomal STARR-seq (región reguladora activa de auto-transcripción con secuenciación) (Arnold et al. 2013). Mikhaylichenko et al. (2018) comparar la fuerza transcripcional y la direccionalidad con las actividades potenciadoras y promotoras in vivo., Ambos estudios se basan en técnicas de secuenciación de ARN de capa corta-Start-seq Y PRO-cap (una variante de secuenciación nuclear de precisión) – que identifican TSSs en todo el genoma con alta sensibilidad.

Henriques et al. (2018) ofrecen una caracterización detallada de la transcripción potenciadora en células de Drosophila S2 comparando la producción de ARN de tapa corta con la actividad potenciadora. Los investigadores encontraron que el 49% de los TSSs identificados previamente por Start-seq no anotados se superponen con los potenciadores llamados Starr-seq. Además, 94.,El 2% de los potenciadores encontrados dentro de la cromatina accesible in vivo muestran al menos cinco lecturas de ARN, consistentes con la mayoría de los potenciadores que impulsan algún nivel de transcripción. El nivel de ARN capsulado corto mostró una correlación moderada con la actividad del potenciador episomal (ρ = 0.24), lo que sugiere una conexión cuantitativa entre la transcripción del potenciador y la actividad. Curiosamente, los investigadores informan que la mayoría de los potenciadores se transcriben de manera divergente o convergente o ambos.

resultados similares fueron obtenidos por Mikhaylichenko et al., (2018), que investigaron dónde y cuándo se producen la transcripción y la actividad del potenciador en embriones de Drosophila. Al generar datos de Pro-cap y CAGE (análisis cap de la expresión génica) de embriones enteros en puntos de tiempo coincidentes, los investigadores comparan la transcripción con la actividad del reportero transgénico en miles de potenciadores del desarrollo previamente caracterizados. Los resultados validan el concepto de que la transcripción potenciadora generalmente coincide con su actividad funcional y que los potenciadores activos pueden poseer una gama de niveles de transcripción y direccionalidades., La incapacidad para detectar la producción de eRNA de cada potenciador funcional deja abierta la posibilidad de potenciadores no transcritos pero activos in vivo o simplemente puede reflejar la sensibilidad reducida de los ensayos de embriones enteros. El concepto de diversos mecanismos potenciadores está respaldado por la variedad de cambios en la transcripción y la cromatina detectados en la Unión inducida del TF (Vihervaara et al. 2017).

para cuantificar la fuerza transcripcional y la direccionalidad de los elementos regulatorios, Mikhaylichenko et al., (2018) desarrollaron un elegante ensayo transgénico con vectores duales que evalúan simultáneamente la capacidad del elemento para funcionar como potenciador y promotor in vivo. En un conjunto limitado de elementos representativos, la mayoría de los potenciadores con transcripción bidireccional funcionaban como promotores débiles en ambas direcciones. Esta actividad promotora ocurrió predominantemente en el mismo tejido o subconjunto de células que la actividad potenciadora endógena de los elementos, lo que indica que los potenciadores y promotores dependen de los mismos componentes reguladores., Además, los promotores con transcripción bidireccional albergaban alguna actividad potenciadora, pareciendo funcionar como un potenciador y promotor para el mismo gen, similar a los resultados recientes en células humanas (Dao et al. 2017). En contraste, la mayoría de los promotores con transcripción unidireccional no mostraron actividad potenciadora, y la dirección endógena de la transcripción se correlacionó con la orientación en la que el elemento funcionó como promotor., Juntos, estos resultados son consistentes con las secuencias promotoras ascendentes y sus TSSs antisentidos ascendentes que se comportan de manera similar a los potenciadores distales (Serfling et al. 1985; Arnold et al. 2013; Scruggs et al. 2015; Dao et al. 2017).

la arquitectura unificada de la cromatina y la transcripción en promotores y potenciadores sugiere mecanismos compartidos de regulación (Core et al. 2014). Por ejemplo, uno de los principales pasos de limitación de velocidad en la mayoría de los promotores es pause-release, regulado por SPT5 y P–TEFb. Henriques et al. (2018) demuestran que estos mismos factores regulan la pausa en los potenciadores., Es importante destacar que el estudio proporciona datos elegantes de curso de tiempo que estiman las vidas medias de pausa en todo el genoma y demuestra una pausa menos estable en los potenciadores que en los promotores. Además, la secuenciación de Intermedios oligoadenilados de células deficientes en exosomas descubrió la terminación prematura en los potenciadores, lo que sugiere que la actividad del potenciador puede depender del reciclaje local de Pol II terminado. finalmente, los investigadores informan que en los Esc de ratones, los «superactivadores» y muchos promotores contienen grandes grupos de TSSs, lo que indica mecanismos reguladores similares en estos loci., Curiosamente, estos sitios tienen una liberación de pausa extremadamente rápida, tal vez impulsada por altas concentraciones locales de P-TEFb, y por lo tanto parecen resistentes a la pérdida de factores de pausa. En total, Henriques et al. (2018) confirmar y ampliar nuestra comprensión mecanicista de iniciación, pausa y terminación y aclarar los patrones de modificación de histonas y TFS que definen el linaje en los potenciadores.

quedan por resolver profundos problemas sobre el terreno para aclarar aún más los mecanismos de mejora., Un desafío importante es asignar rigurosamente conexiones potenciador-promotor funcionales y cuantificar la fuerza potenciadora con respecto a cada gen diana en su contexto endógeno. Con demasiada frecuencia, tenemos que confiar en la «estimación génica más cercana», que es inadecuada in vivo (Fulco et al. 2016). Otro desafío es identificar potenciadores en todo el genoma. Henriques et al. (2018) muestran de manera convincente que la relación H3K4me1/H3K4me3 no logra identificar potenciadores altamente transcritos, en consonancia con los informes en células de mamíferos (Core et al. 2014; Dao et al. 2017)., Estos resultados indican que los potenciadores son difíciles de distinguir de los promotores solo por patrones de modificación de histonas y resaltan la utilidad de usar la transcripción bidireccional inestable para la identificación de potenciadores. Las características y mecanismos que especifican la terminación rápida de Pol II y la inestabilidad de eRNA en estos sitios aún no se han identificado completamente.

Los potenciadores y promotores comparten muchas características, incluyendo motivos de secuencia similares, maquinaria de transcripción, entorno de cromatina y cambios en la actividad al unir activadores o represores(Core et al. 2014; Scruggs et al., 2015; Fulco et al. 2016; Vihervaara et al. 2017). Sin embargo, el papel funcional de la transcripción de los potenciadores sigue siendo difícil de alcanzar. Es tentador especular que la transcripción en sí misma ayuda a mediar la colocalización potenciador-promotor, tal vez a través de la afinidad de Pol II por coactivadores comunes como Mediator, CBP, Integrator, remodeling complexes y modificadores de histonas. Alternativamente, la transcripción puede simplemente mantener una arquitectura de cromatina abierta y activa(por ejemplo, Scruggs et al. 2015), permitiendo así las interacciones potenciador–promotor a través de la Unión factorial., Cualquiera de los modelos de conectividad potenciadora y promotora basada en la transcripción ayuda a explicar sus similitudes extremas en los comportamientos de iniciación y pausa.

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