Tehostajana transkriptio: Mitä, Missä, Milloin ja miksi?

Abstrakti

yleistyneen tehosteranskription löytymisen jälkeen on todettu, että tehostajat ja promoottorit ovat paljon samankaltaisempia kuin aiemmin on luultu. Tässä geenejä koskevassa kysymyksessä & kehitys, kaksi tutkimusta (Henriques ja kollegat ja Mihaylichenko ja kollegat ) valaisevat Drosophilan promoottoreiden ja tehostajien transcriptionaalista luonnetta., Yhdessä nämä tutkimukset tukevat viimeaikaista työtä nisäkkäiden soluissa, mikä osoittaa, että useimmat aktiiviset tehostajat ajavat paikallista transkriptiota käyttäen samanlaisia tekijöitä ja mekanismeja kuin promoottorit. Intriguingly, enhancer transkriptio on osoitettu koordinoida SPT5 – ja P-TEFb-välitteinen tauko-release, mutta tauko puoliintumisaika on lyhyempi, ja päättyminen on nopeampaa tehostajia kuin promoottoreita., Lisäksi promoottoreiden kaksisuuntainen transkriptio liittyy toiminnan tehostamiseen, ja se antaa lisävalaistusta malleille, joissa sääntelyelementtejä on olemassa promoottori-ja tehostajavalikoimassa. Ehdotamme yleistä yhtenäistä mallia, jossa selostetaan transkription mahdollisia toimintoja tehostimissa.,

Avainsanat

• toteuttajat
• eRNA
• alkion kehitys
• parantajia
• P-TEFb
• superenhancers
• tekstinkäsittely
• päättäminen

Parantajia ovat sääntelyn elementit että aktivoi promoottori transkriptio pitkiä matkoja ja itsenäisesti suunta (Serfling et al. 1985). Vaikka sekä promoottoreiden että tehostajien tiedetään sitovan transkriptiotekijöitä (TFs), vain promoottoreiden arveltiin aloittavan transkription RNA polymeraasi II: lla (Pol II)., With high-throughput sequencing, molekyyli-hotellissa parantajia ja vetäjät ovat olleet paljasti ennennäkemättömän yksityiskohtaisesti: Parantajina tuottaa RNAs (eRNAs) in vivo (Kim et al. 2010) initiaatio-ja kromatiiniarkkitehtuuri on huomattavan samanlainen kuin promoottoreilla (Core et al. 2014; Scruggs ym. 2015). Tämä on suuresti uutta kiinnostusta huomaamatta löytää, että nisäkkäiden tehostajana toimintaa samanaikaisesti voi esiintyä promoottori toimintaa (Serfling et al. 1985; Arnold ym. 2013; Dao ym. 2017)., Tässä geenejä koskevassa kysymyksessä & kehittäminen, kaksi raporttia selventää entisestään tehostajan transkription roolia. Henriques ym. (2018) suorita yksityiskohtaisia genomin laajuisia analyysejä keskeyttämisestä ja lopettamisesta lähettämättömillä transkription aloituspaikoilla (TSSs) ja osoita silmiinpistävää päällekkäisyyttä tehostajien kanssa, jotka on aiemmin tunnistettu episomal STARR-seq (self-transcribing active regulatory region with sequencing)-määrityksessä (Arnold et al. 2013). Mihaylichenko ym. (2018), vertaile transkription vahvuus ja suunta kanssa tehostajana ja promoottori toimintaa in vivo., Molemmat tutkimukset perustuvat lyhyisiin rajattuihin RNA-sekvensointitekniikoihin-Start-seq ja PRO-cap (precision Nuclear run-on sequencing variant)—jotka tunnistavat TSS: T koko genomissa suurella herkkyydellä.

Henriques ym. (2018) tarjoa yksityiskohtainen Luonnehdinta tehostajana transkriptio Drosophila S2 soluissa vertaamalla tuotannon lyhyt rajattu RNAs tehostajana toimintaa. Tutkijat havaitsivat, että 49 prosenttia Start-seq-tunnistetuista aiemmin jakamattomista TSSs: stä on päällekkäisiä STARR-seq-nimisten tehostajien kanssa. Lisäksi 94.,2%: lla esteetöntä kromatiinia in vivo sisältävistä tehostajista on vähintään viisi RNA: ta, mikä on yhdenmukaista useimpien tehostajien kanssa, jotka ajavat jonkin verran transkriptiota. Lyhytkattoisten RNAs-arvojen taso osoitti Kohtalaista korrelaatiota episomaalisen tehosteen kanssa (ρ = 0,24), mikä viittaa jonkinasteiseen määrälliseen yhteyteen tehostajan transkription ja aktiivisuuden välillä. On kiinnostavaa, että tutkijat kertovat, että useimmat tehostajat ovat eriytyneitä tai yhtenevästi litteroituja tai molempia.

samanlaisia tuloksia sai Mihaylichenko et al., (2018), who tutki missä ja milloin tehostajana transkriptio-ja tehostustoimintaa esiintyy Drosofilan alkioissa. Tuottamalla koko-alkio PRO-cap ja HÄKKI (ymp analysis of gene expression) tiedot täsmäsi aika pistettä, tutkijat verrata transkriptio, jossa siirtogeenisiä toimittaja aktiivisuus tuhansia aiemmin tunnettu kehityshäiriöitä parantajia. Tulokset vahvistaa käsitystä, että tehostajana transkriptio yleensä osuu sen toiminnallinen aktiivisuus ja aktiivinen parantajia voi olla erilaisia transkription tasot ja directionalities., Kyvyttömyys havaita eRNA tuotannon jokainen toiminnallinen tehostajana jätetään avoimeksi mahdollisuus untranscribed mutta aktiivinen parantajia in vivo tai voi yksinkertaisesti heijastaa vähentynyt herkkyys koko-alkio-analyyseissä. Monipuolisten tehostemekanismien käsitettä tukee transkription ja kromatiinin muutosten kirjo, joka havaitaan TF: n sitoutumisen yhteydessä (Vihervaara ym. 2017).

transcriptional strength and directionality from regulatory elements, Mikhaylichenko et al., (2018) kehitti elegantin transgeenisen määrityksen kaksoisvektoreilla, jotka arvioivat samanaikaisesti alkuaineen kykyä toimia tehostajana ja promoottorina in vivo. Suppeassa joukko edustavia elementtejä, useimmat tehostajia kaksisuuntainen transkriptio toimi heikko edistäjiä molempiin suuntiin. Tämä promoottori toimi pääasiassa samassa solukudoksessa tai solujen osajoukossa kuin alkuaineiden endogeeninen tehosteaktiivisuus, mikä osoittaa, että tehostajat ja promoottorit ovat riippuvaisia samoista säätelykomponenteista., Lisäksi kaksisuuntaista transkriptiota harjoittavat promoottorit harboivat jonkin verran tehostavaa toimintaa, joka näyttää toimivan saman geenin tehostajana ja promoottorina, samalla tavalla kuin viimeaikaiset tulokset ihmissoluissa (Dao et al. 2017). Sen sijaan suurin osa vetäjien kanssa yksisuuntainen transkriptio ei näytä tehostajana toimintaa, ja endogeenisen suuntaan transkriptio korreloi suunta, jossa tekijä toimi edistäjänä., Yhdessä nämä tulokset ovat yhtäpitäviä alkupään promoottorin sekvenssien ja niiden vastavirtaan antisense TSSs käyttäytyvät samalla tavalla distaalinen tehostajia(Serfling et al. 1985; Arnold ym. 2013; Scruggs ym. 2015; Dao ym. 2017).

yhdistetyssä kromatiiniarkkitehtuurissa ja transkriptiossa promoottoreilla ja tehostajilla ehdotetaan yhteisiä säätelymekanismeja (Core et al. 2014). Esimerkiksi yksi suurimmista nopeutta rajoittavaa vaihetta korkeintaan vetäjät on tauko–julkaisu, säännellään SPT5 ja P-TEFb. Henriques ym. (2018) osoittavat, että nämä samat tekijät säätelevät taukoa tehostimissa., Tärkeintä on, että tutkimus tarjoaa tyylikäs aika-kurssi tiedot, että arviot tauko puoliintumisaika genome-wide ja osoittaa vähemmän vakaa pysähtyen parantajia kuin toteuttajia. Lisäksi oligoadenyloitujen välituotteiden sekvensointi eksosomipuutteisista soluista paljasti ennenaikaisen lopettamisen tehostimissa, mikä viittaa siihen, että tehostustoiminta voi perustua lopetetun Pol II: n paikalliseen kierrätykseen. lopuksi tutkijat raportoivat, että hiiren ESCs: ssä ”superenhancerit” ja monet edistäjät sisältävät suuria TSS-klustereita, mikä viittaa vastaaviin sääntelymekanismeihin näillä alueilla., Kiehtovan, tällaiset sivustot ovat erittäin nopea tauko–julkaisu, ehkä vetämänä korkea paikallinen pitoisuus P-TEFb, ja vaikuttavat siten vastustuskykyisiä menetys pysähtyen tekijät. Yhteensä, Henriques ym. (2018) vahvistaa ja laajentaa mekanistinen käsitys aloittaminen, keskeyttäminen ja irtisanominen ja selventää kuvioita histoni muutos ja lineage-määritellään TFs klo parantajia.

alalla on vielä ratkaisematta syviä haasteita tehostamismekanismien selkeyttämiseksi., Suuri haaste on määrittää tiukasti toiminnalliset tehostaja-promoottori yhteydet ja kvantifioida tehostajana vahvuus kunkin kohdegeenin endogeenisessa kontekstissa. Liian usein joudumme turvautumaan ”lähimpään geeniarvioon”, joka on riittämätön in vivo (Fulco et al. 2016). Toinen haaste on tunnistaa tehostajat genomin laajuisesti. Henriques ym. (2018) osoita vakuuttavasti, että h3k4me1/H3K4me3-suhdeluvulla ei pystytä tunnistamaan erittäin transkriptoituneita tehostajia, mikä on yhdenmukaista nisäkkäiden soluissa (Core et al. 2014; Dao ym. 2017)., Nämä tulokset osoittavat, että tehostajia on vaikea erottaa promoottoreista pelkästään histonin modifikaatiomalleilla ja että on hyödyllistä käyttää epästabiilia kaksisuuntaista transkriptiota tehostajan tunnistamiseen. Ominaisuudet ja mekanismit, jotka määrittelevät Pol II: n nopean lopettamisen ja eRNA: n epävakauden näissä kohteissa, on vielä täysin tunnistettava.

Tehostajilla ja promoottoreilla on monia ominaisuuksia, kuten samanlaisia sekvenssia kuvaavia tekijöitä, transkriptiokoneita, kromatiiniympäristöä sekä aktivaattoreiden tai repressorien sitoutumisen yhteydessä tapahtuvia aktiivisuusmuutoksia (Core et al. 2014; Scruggs ym., 2015; Fulco ym. 2016; Vihervaara ym. 2017). Tehosteista tehtävän transkription toiminnallinen rooli on kuitenkin edelleen vaikeasti saavutettavissa. On houkuttelevaa spekuloida, että transkriptio itsessään auttaa välittäjänä tehostajana-promoottori colocalization, ehkä kautta Pol II: n affiniteetti yhteisiä coactivators kuten Mediator, CBP, Integrator, remodeling komplekseja, ja Histoni modifiers. Vaihtoehtoisesti transkriptio voi vain ylläpitää avointa ja aktiivista kromatiiniarkkitehtuuria (esimerkiksi Scruggs et al. 2015), mikä mahdollistaa tehostajan ja promoottorin yhteisvaikutukset tekijän sitoutumisen kautta., Joko transkriptiovetoisen tehostajan ja promoottorin liitettävyyden malli auttaa selittämään niiden äärimmäiset samankaltaisuudet aloituksessa ja pysähtymisessä käyttäytymisessä.

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