Enhancer transkripsjon: hva, hvor, når, og hvorfor?

Nøkkelord

• søkere
• eRNA
• [menneskets utvikling
• enhancers
• P-TEFb
• superenhancers
• transkripsjon
• oppsigelse

Enhancers er regulatoriske elementer som aktiverer arrangøren transkripsjon over store avstander, og uavhengig av orientering (Serfling et al. 1985). Mens både arrangører og enhancers er kjent for å binde seg transkripsjonfaktorer (TFs), bare arrangørene var tenkt å starte transkripsjon av RNA polymerase II (Pol II)., Med advent av høy gjennomstrømning sekvensering, molekylære egenskaper ved enhancers og arrangører har blitt avslørt i enestående detaljer: Enhancers produsere RNAs (eRNAs) in vivo (Kim et al. 2010) med en innvielse og chromatin arkitektur bemerkelsesverdig lik som arrangører (Core et al. 2014; Scruggs et al. 2015). Dette har i stor grad fornyet interesse i oversett finne det hos pattedyr enhancer aktivitet kan co-skje med arrangøren aktivitet (Serfling et al. 1985; Arnold et al. 2013; Dao et al. 2017)., I dette nummeret av Gener & Utvikling, to rapporter ytterligere avklare rollen enhancer transkripsjon. Henriques et al. (2018) utføre detaljerte genome-wide analyser av pause og avslutning på unannotated transkripsjon starte nettsteder (TSSs) og viser en slående overlapper med enhancers identifisert tidligere av episomal STARR-seq (self-transkribere aktiv regulatoriske regionen med sekvensering) analyse (Arnold et al. 2013). Mikhaylichenko et al. (2018) sammenligne transcriptional styrke og tekstretning med enhancer og arrangøren aktiviteter i vivo., Begge studiene stole på kort avkortet RNA-sekvensering teknikker—Start-seq-og PRO-cap (en presisjon kjernefysiske kjøre-på-sekvensering variant)—som identifiserer TSSs over genom med høy følsomhet.

Henriques et al. (2018) tilbyr en detaljert karakterisering av enhancer transkripsjon i Drosophila S2 celler ved å sammenligne produksjon av kort avkortet RNAs å enhancer aktivitet. Etterforskerne fant at 49% av Start-seq-identifisert tidligere unannotated TSSs overlapper med STARR-seq-kalt enhancers. Videre, 94.,2% av enhancers som finnes i tilgjengelig chromatin in vivo viser minst fem RNA-leser, i tråd med de fleste enhancers du kjører noen grad av transkripsjon. Nivået på kort avkortet RNAs viste moderat korrelasjon med episomal enhancer aktivitet (ρ = 0.24), noe som tyder på noen kvantitativ sammenheng mellom enhancer transkripsjon og aktivitet. Interessant, etterforskerne rapporten at de fleste enhancers er divergently eller convergently transkribert eller begge deler.

Tilsvarende resultater ble oppnådd ved Mikhaylichenko et al., (2018), som undersøkte hvor og når enhancer transkripsjon og enhancer aktivitet forekommer i Drosophila embryoer. Ved å generere hele-embryo PRO-cap og BUR (cap analyse av genuttrykk) data på matchet tid poeng, etterforskerne sammenligne transkripsjon med transgene reporter aktivitet på tusenvis av tidligere preget utviklingsmessige enhancers. Resultatene validere konsept som enhancer transkripsjon generelt faller sammen med funksjonell aktivitet, og som aktiv enhancers kan ha en rekke transkripsjon nivåer og directionalities., Manglende evne til å oppdage eRNA produksjonen fra hver funksjonelle enhancer etterlater åpne muligheten for untranscribed men aktiv enhancers in vivo eller kanskje rett og slett gjenspeiler redusert følsomhet på hele embryo-analyser. Konseptet av ulike enhancer mekanismer er støttet av en rekke endringer i transkripsjon og chromatin oppdaget ved indusert TF bindende (Vihervaara et al. 2017).

for Å kvantifisere transcriptional styrke og tekstretning fra regulatoriske elementer, Mikhaylichenko et al., (2018) utviklet en elegant transgene analysen med to vektorer som samtidig vurdere element evne til å fungere som en forsterker og en pådriver i vivo. I en begrenset sett av representative elementer, mest enhancers med toveis transkripsjon fungert som svake søkere i begge retninger. Dette arrangøren aktivitet skjedde hovedsakelig i samme vev eller et delsett av celler som elementer » endogene enhancer aktivitet, noe som indikerer at enhancers og arrangører, avhenger av de samme regulatoriske komponenter., Videre, søkere med toveis transkripsjon hatt noen enhancer aktivitet, ser ut til å fungere som en enhancer og pådriver for det samme genet, som ligner på nyere resultater i humane celler (Dao et al. 2017). I motsetning til flertallet av partnere med retningsbestemt transkripsjon ikke viser denne typen aktivitet, og de endogene retning av transkripsjon korrelert med orientering som element fungert som en pådriver., Sammen, disse resultatene er konsistent med oppstrøms arrangøren sekvenser og deres oppstrøms antisense TSSs oppfører seg på samme måte til distale enhancers (Serfling et al. 1985; Arnold et al. 2013; Scruggs et al. 2015; Dao et al. 2017).

unified chromatin arkitektur og transkripsjon ved arrangører og enhancers antyder felles mekanismer for regulering (Core et al. 2014). For eksempel, en av de store pris-begrense trinnene på de fleste arrangører pause–utslipp, er regulert av SPT5 og P-TEFb. Henriques et al. (2018) viser at de samme faktorene regulere en pause i enhancers., Viktigere er det at studien gir elegant tid-kurs data som estimater pause halv-liv genome-wide, og demonstrerer mindre stabil pause i enhancers enn arrangører. Videre, sekvensering oligo-adenylated mellomprodukter fra exosome-defekte celler avdekket tidlig avslutning på enhancers, noe som tyder på at denne typen aktivitet kan stole på lokal resirkulering av avsluttet Pol II. Til slutt, etterforskerne rapporten som i mus ESCs, «superenhancers» og mange arrangører inneholder store klynger av TSSs, indikerer lik regulatoriske mekanismer ved disse loci., Intriguingly, slike områder har ekstremt rask pause–utgivelse, kanskje drevet av høye lokale konsentrasjoner av P-TEFb, og dermed vises motstandsdyktig mot tap av pause faktorer. Helt, Henriques et al. (2018) bekrefte og utvide våre mekanistiske forståelsen for opptak, pause og oppsigelse og avklare mønstre av histone endring og ætt-definerende TFs på enhancers.

Dyptgripende utfordringer i feltet gjenstår å løses for å ytterligere klargjøre enhancer mekanismer., En stor utfordring er å grundig tilordne funksjonelle enhancer–lanserer-tilkoblinger og kvantifisere enhancer styrke med hensyn til hvert mål gen i sin endogene sammenheng. Altfor ofte, må vi stole på den «nærmeste genet estimat», som er utilstrekkelig in vivo (Fulco et al. 2016). En annen utfordring er å identifisere enhancers genome-wide. Henriques et al. (2018) viser på en overbevisende måte at H3K4me1/H3K4me3 forholdet ikke klarer å identifisere svært transkribert enhancers, i samsvar med rapporter i mammalske celler (Core et al. 2014; Dao et al. 2017)., Disse resultatene indikerer at enhancers er vanskelig å skille fra arrangører av histone endring mønstre alene og fremheve nytten av å bruke ustabil toveis transkripsjon for enhancer identifikasjon. Funksjoner og mekanismer som angir rask Pol II oppsigelse og eRNA ustabilitet på disse områdene fortsatt skal være fullt identifisert.

Enhancers og partnere har mange funksjoner, inkludert lignende sekvens motiver, transkripsjon maskiner, chromatin miljø, og endringer i aktivitet ved binding av utløsere eller repressors (Core et al. 2014; Scruggs et al., 2015; Fulco et al. 2016; Vihervaara et al. 2017). Imidlertid, den funksjonelle rollen til transkripsjon fra enhancers er fortsatt vanskelig å få til. Det er fristende å spekulere i at transkripsjon seg selv bidrar til å megle enhancer–arrangøren colocalization, kanskje gjennom Pol II ‘ s engasjement for felles coactivators som Mellommann, CBP, Integrator, ombygging komplekser, og histone modifikatorer. Alternativt, transkripsjon kan rett og slett føre en åpen og aktiv chromatin arkitektur (for eksempel Scruggs et al. 2015), slik at enhancer–arrangøren vekselsvirkningene gjennom faktor bindende., Enten modell av transkripsjon-drevet enhancer og arrangøren tilkobling bidrar til å forklare deres ekstreme likheter i initiering og stoppe atferd.

• © 2018 Tippens et al.; Utgitt av Cold Spring Harbor Laboratory Trykk på