Transcription Enhancer: quoi, où, quand et pourquoi?

résumé

suite à la découverte de la transcription Enhancer répandue, les enhancers et les promoteurs se sont avérés beaucoup plus similaires qu’on ne le pensait auparavant. Dans ce numéro de Genes & Development, deux études (Henriques and colleagues et Mikhaylichenko and colleagues ) éclairent la nature transcriptionnelle des promoteurs et des activateurs chez la drosophile., Ensemble, ces études soutiennent des travaux récents dans les cellules de mammifères qui indiquent que la plupart des activateurs actifs conduisent la transcription locale en utilisant des facteurs et des mécanismes similaires à ceux des promoteurs. Curieusement, la transcription enhancer est coordonnée par spt5–et P-tefb-médiée pause-libération, mais la demi-vie de pause est plus courte, et la terminaison est plus rapide à enhancers que chez les promoteurs., De plus, la transcription bidirectionnelle des promoteurs est associée à l’activité d’enhancer, ce qui donne davantage de crédit aux modèles dans lesquels des éléments de régulation existent le long d’un spectre de promoteur et d’enhancer. Nous proposons un modèle unifié général pour expliquer les fonctions possibles de la transcription chez les enhancers.,

mots clés

• les promoteurs
• eRNA
• développement embryonnaire
• rehausseurs
• P-TEFb
• superenhancers
• la transcription
• la résiliation

Les amplificateurs sont des éléments de régulation qui activent promoteur de transcription sur de grandes distances et indépendamment de l’orientation (Serfling et coll. 1985). Alors que les promoteurs et les activateurs sont connus pour lier les facteurs de transcription (TFs), seuls les promoteurs ont été pensés pour initier la transcription par L’ARN polymérase II (Pol II)., Avec l’avènement du séquençage à haut débit, les caractéristiques moléculaires des amplificateurs et des promoteurs ont été révélées avec des détails sans précédent: les amplificateurs produisent des ARN (eRNAs) in vivo (Kim et al. 2010) avec une architecture d’initiation et de chromatine remarquablement similaire à celle des promoteurs (Core et al. 2014; Scruggs et coll. 2015). Cela a grandement renouvelé l’intérêt pour la découverte négligée que l’activité de stimulant des mammifères peut co-se produire avec l’activité de promoteur (Serfling et al. 1985; Arnold et coll. 2013; Dao et coll. 2017)., Dans ce numéro de Genes & Development, deux rapports clarifient davantage le rôle de la transcription enhancer. Henriques et coll. (2018) effectuent des analyses détaillées à l’échelle du génome de la pause et de la terminaison aux sites de début de transcription Non annotés (TSSs) et montrent un chevauchement frappant avec les améliorateurs identifiés précédemment par le test épisomal STARR-seq (self-transcribing active regulatory region with sequencing) (Arnold et al. 2013). Mikhaylichenko et coll. (2018) comparent la force transcriptionnelle et la directionnalité avec les activités d’amplificateur et de promoteur in vivo., Les deux études reposent sur des techniques de séquençage de L’ARN à court plafond—Start-seq et PRO-cap (une variante de séquençage nucléaire de précision)-qui identifient les TSS à travers le génome avec une sensibilité élevée.

Henriques et coll. (2018) offrent une caractérisation détaillée de la transcription enhancer dans les cellules de Drosophile S2 en comparant la production d’ARN à court plafond à l’activité enhancer. Les chercheurs ont constaté que 49% des TSS précédemment non annotés identifiés par Start-seq se chevauchent avec des renforceurs appelés STARR-seq. En outre, 94.,2% des amplificateurs trouvés dans la chromatine accessible in vivo montrent au moins cinq lectures D’ARN, ce qui correspond à la plupart des amplificateurs conduisant à un certain niveau de transcription. Le niveau d’ARN court plafonné a montré une corrélation modérée avec l’activité de l’activateur épisomal (ρ = 0,24), suggérant une certaine connexion quantitative entre la transcription et l’activité de l’activateur. Fait intéressant, les chercheurs rapportent que la plupart des exhausteurs sont transcrits de manière divergente ou convergente ou les deux.

des résultats Similaires ont été obtenus par Mikhaylichenko et coll., (2018), qui a enquêté sur où et quand activateur de la transcription et de l’amplificateur de l’activité se produire dans des embryons de Drosophile. En générant des données PRO-cap et CAGE (cap analysis of gene expression) sur des embryons entiers à des moments appariés, les chercheurs comparent la transcription avec l’activité de rapporteur transgénique à des milliers d’activateurs de développement précédemment caractérisés. Les résultats valident le concept selon lequel la transcription enhancer coïncide généralement avec son activité fonctionnelle et que les enhancers actifs peuvent posséder une gamme de niveaux de transcription et de directions., L’incapacité de détecter la production d’eRNA à partir de chaque activateur fonctionnel laisse ouverte la possibilité d’amplificateurs Non transcrits mais actifs in vivo ou peut simplement refléter la sensibilité réduite des tests sur embryons entiers. Le concept de divers mécanismes d’amplification est soutenu par la variété des changements dans la transcription et la chromatine détectés lors de la liaison induite de TF (Vihervaara et al. 2017).

pour quantifier la force transcriptionnelle et la directionnalité à partir d’éléments réglementaires, Mikhaylichenko et al., (2018) ont mis au point un élégant test transgénique avec deux vecteurs qui évaluent simultanément la capacité de l’élément à fonctionner en tant qu’activateur et promoteur in vivo. Dans un ensemble limité d’éléments représentatifs, la plupart des amplificateurs à transcription bidirectionnelle fonctionnaient comme des promoteurs faibles dans les deux directions. Cette activité de promoteur s’est produite principalement dans le même tissu ou sous-ensemble de cellules que l’activité d’activateur endogène des éléments, indiquant que les activateurs et les promoteurs dépendent des mêmes composants régulateurs., En outre, les promoteurs avec transcription bidirectionnelle hébergeaient une certaine activité enhancer, semblant fonctionner comme un activateur et un promoteur pour le même gène, similaire aux résultats récents dans les cellules humaines (Dao et al. 2017). En revanche, la majorité des promoteurs ayant une transcription unidirectionnelle n’ont pas montré d’activité enhancer, et la direction endogène de la transcription était corrélée à l’orientation dans laquelle l’élément fonctionnait comme promoteur., Ensemble, ces résultats sont cohérents avec les séquences promotrices en amont et leurs TSSs antisens en amont se comportant de la même manière que les amplificateurs distaux (Serfling et al. 1985; Arnold et coll. 2013; Scruggs et coll. 2015; Dao et coll. 2017).

L’architecture unifiée de la chromatine et la transcription chez les promoteurs et les enhancers suggèrent des mécanismes communs de régulation (Core et al. 2014). Par exemple, l’une des principales étapes de limitation de débit chez la plupart des promoteurs est la pause-libération, régulée par SPT5 et P–tefb. Henriques et coll. (2018) démontrent que ces mêmes facteurs régulent la pause au niveau des exhausteurs., Fait important, l’étude fournit des données élégantes sur le cours du temps qui estiment les demi-vies de pause à l’échelle du génome et démontrent une pause moins stable chez les améliorateurs que les promoteurs. De plus, le séquençage d’intermédiaires oligo-adénylés à partir de cellules déficientes en exosomes a mis en évidence une terminaison prématurée au niveau des activateurs, suggérant que l’activité de l’activateur pourrait dépendre du recyclage local de Pol II terminé. enfin, les chercheurs rapportent que chez les ESC de souris, les « superenhancers” et de nombreux promoteurs contiennent de grands groupes de TSSs, indiquant, Curieusement, ces sites ont une libération de pause extrêmement rapide, peut-être entraînée par de fortes concentrations locales de P-TEFb, et semblent donc résistants à la perte de facteurs de pause. Dans l’ensemble, Henriques et al. (2018) confirment et étendent notre compréhension mécaniste de l’initiation, de la pause et de la fin et clarifient les modèles de modification des histones et de TFs définissant la lignée chez les enhancers.

de profonds défis sur le terrain restent à résoudre pour clarifier davantage les mécanismes d’amélioration., Un défi majeur consiste à assigner rigoureusement les connexions activateur-promoteur fonctionnel et à quantifier la force de l’activateur en ce qui concerne chaque gène cible dans son contexte endogène. Trop souvent, nous devons nous fier à « l’estimation du gène le plus proche”, ce qui est inadéquat in vivo (Fulco et al. 2016). Un autre défi consiste à identifier les amplificateurs à l’échelle du génome. Henriques et coll. (2018) montrent de manière convaincante que le rapport H3K4me1/H3K4me3 ne parvient pas à identifier les exhausteurs hautement transcrits, ce qui concorde avec les rapports dans les cellules de mammifères (Core et al. 2014; Dao et coll. 2017)., Ces résultats indiquent qu’il est difficile de distinguer les amplificateurs des promoteurs par les seuls modèles de modification des histones et mettent en évidence l’utilité d’utiliser la transcription bidirectionnelle instable pour l’identification des amplificateurs. Les caractéristiques et les mécanismes qui spécifient la terminaison rapide de Pol II et l’instabilité de l’eRNA à ces sites restent à identifier complètement.

les activateurs et les promoteurs partagent de nombreuses caractéristiques, y compris des motifs de séquence similaires, des machines de transcription, un environnement de chromatine et des changements d’activité lors de la liaison d’activateurs ou de répresseurs (Core et al. 2014; Scruggs et coll., 2015; Fulco et coll. 2016; Vihervaara et coll. 2017). Cependant, le rôle fonctionnel de la transcription à partir d’exhausteurs reste insaisissable. Il est tentant de spéculer que la transcription elle–même aide à médier la colocalisation activateur-promoteur, peut-être grâce à L’affinité de Pol II pour les coactivateurs courants tels que le Médiateur, le CBP, L’intégrateur, les complexes de remodelage et les modificateurs d’histones. Alternativement, la transcription peut simplement maintenir une architecture chromatine ouverte et active (par exemple, Scruggs et al. 2015), permettant ainsi des interactions enhancer–Promoteur grâce à la liaison factorielle., L’un ou l’autre modèle de connectivité activateur et promoteur axée sur la transcription aide à expliquer leurs similitudes extrêmes dans les comportements d’initiation et de pause.

• © 2018 Tippens et coll.; Publié par Cold Spring Harbor Laboratory Press