Transkrypcja Enhancer: co, gdzie, kiedy i dlaczego?

słowa kluczowe

• promotory
• eRNA
• enhancers
• p-tefb
• superenhancers
• transkrypcja
• zakończenie

Enhancers są elementami regulacyjnymi, które aktywują transkrypcję promotora na dużych odległościach i niezależnie od orientacji (np. serfling i in. 1985). Podczas gdy zarówno promotory, jak i wzmacniacze są znane z wiązania czynników transkrypcyjnych (TFs), uważano, że tylko promotory inicjują transkrypcję przez polimerazę RNA II (Pol II)., Wraz z pojawieniem się wysokiej przepustowości sekwencjonowania, cechy molekularne w enhancers i promotorów zostały ujawnione w bezprecedensowych szczegółach: Enhancers produkować RNA (eRNAs) in vivo (Kim et al. 2010) z inicjacją i architekturą chromatyny niezwykle podobną do promotorów (Core et al. 2014; Scruggs et al. 2015). To znacznie odnowiło zainteresowanie przeoczonym stwierdzeniem, że aktywność wzmacniacza ssaków może współwystępować z aktywnością promotora (Serfling et al. 1985; Arnold et al. 2013; Dao et al. 2017)., W tym wydaniu genów &, dwa raporty wyjaśniają dodatkowo rolę transkrypcji wzmacniającej. Henriques et al. (2018) wykonaj szczegółowe analizy całego genomu przerwania i zakończenia w niezapowiedzianych miejscach rozpoczęcia transkrypcji (TSSs) i pokaż uderzające nakładanie się z wzmacniaczami zidentyfikowanymi wcześniej przez episomal STARR-seq (self-transcribing active regulatory region with sequencing) assay (Arnold et al. 2013). Michajliczenko i in. (2018) porównaj siłę transkrypcyjną i kierunkowość z działaniami wzmacniającymi i promotorskimi in vivo., Oba badania opierają się na krótkich capped RNA sekwencjonowania technik-Start-seq i PRO-cap (precision Nuclear run-on sekwencjonowania wariant) – które identyfikują TSSs całej genomu z wysoką czułością.

(2018) oferują szczegółową charakterystykę transkrypcji enhancer w komórkach Drosophila S2 porównując produkcję Krótkoogniskowego RNA do aktywności enhancer. Badacze odkryli, że 49% wcześniej niezanotowanych TSSs zidentyfikowanych przez Start-seq pokrywa się z wzmacniaczami STARR-seq. Ponadto 94.,2% enhancers znajdować wewnątrz dostępny chromatyna in vivo pokazywać przynajmniej pięć RNA czyta, zgodny z większość enhancers jazdy pewien poziom transkrybowanie. Poziom krótkoogniskowych RNA wykazywał umiarkowaną korelację z aktywnością epizomalnych wzmacniaczy (ρ = 0,24), co sugeruje pewien ilościowy związek między transkrypcją wzmacniaczy a aktywnością. Co ciekawe, śledczy donoszą, że większość wzmacniaczy jest rozbieżnie lub zbieżnie transkrybowanych lub obu.

podobne wyniki uzyskali Mikhaylichenko et al., (2018), który badał, gdzie i kiedy transkrypcja enhancer i aktywność enhancer występują w zarodkach Drosophila. Generując dane PRO-cap i CAGE (Cap analysis of gene expression) w dopasowanych punktach czasowych, badacze porównują transkrypcję z transgeniczną aktywnością reportera w tysiącach wcześniej scharakteryzowanych wzmacniaczy rozwojowych. Wyniki potwierdzają koncepcję, że transkrypcja enhancer generalnie pokrywa się z jej czynnościową aktywnością i że aktywne enhancery mogą posiadać szereg poziomów transkrypcji i kierunkowości., Niemożność wykrycia produkcji eRNA z każdego funkcjonalnego wzmacniacza pozostawia możliwość untranscribed, ale aktywnych wzmacniaczy in vivo lub może po prostu odzwierciedlać zmniejszoną czułość testów całego zarodka. Koncepcja różnych mechanizmów wzmacniających jest wspierana przez różnorodność zmian w transkrypcji i chromatynie wykrytych po indukowanym wiązaniu TF (Vihervaara et al. 2017).

aby kwantyfikować siłę transkrypcyjną i kierunkowość od elementów regulacyjnych, Mikhaylichenko et al., (2018) opracował elegancki transgeniczny test z podwójnymi wektorami, które jednocześnie oceniają zdolność pierwiastka do działania jako wzmacniacz i promotor in vivo. W ograniczonym zestawie elementów reprezentatywnych większość wzmacniaczy z transkrypcją dwukierunkową funkcjonowała jako słabe promotory w obu kierunkach. Ta aktywność promotora występowała głównie w tej samej tkance lub podgrupie komórek, co endogenna aktywność wzmacniacza pierwiastków, co wskazuje, że wzmacniacze i promotory zależą od tych samych składników regulacyjnych., Ponadto promotory z dwukierunkową transkrypcją zawierały pewną aktywność wzmacniającą, która wydaje się działać jako wzmacniacz i promotor tego samego genu, podobnie jak ostatnie wyniki w komórkach ludzkich (Dao et al. 2017). Natomiast większość promotorów z transkrypcją jednokierunkową nie wykazywała aktywności wzmacniającej, a endogenny kierunek transkrypcji korelował z orientacją, w której element działał jako promotor., Łącznie wyniki te są zgodne z sekwencjami promotora upstream, a ich antysensowne tsss zachowują się podobnie do wzmacniaczy dystalnych (Serfling et al. 1985; Arnold et al. 2013; Scruggs et al. 2015; Dao et al. 2017).

ujednolicona Architektura chromatyny i transkrypcja w promotorach i wzmacniaczach sugeruje wspólne mechanizmy regulacji (Core et al. 2014). Na przykład jednym z głównych kroków ograniczających szybkość w większości promotorów jest pauza-release, regulowana przez SPT5 i P-TEFb. Henriques et al. (2018) wykazują, że te same czynniki regulują pauzowanie w wzmacniaczach., Co ważne, badanie dostarcza eleganckich danych dotyczących przebiegu czasu, które szacują okres półtrwania pauzy w całym genomie i wykazują mniej stabilne pauzowanie w wzmacniaczach niż promotory. Ponadto, sekwencjonowanie oligo-adenylowane półprodukty z exosome-deficient komórki uncovered przedwczesne zakończenie w enhancers, sugerując że enhancer aktywność może polegać na lokalnym recykling terminated Pol II. wreszcie, śledczy donoszą że w Mysi ESC, „superenhancers” i wiele promotorów zawierają duże klastry TSSs, wskazując podobne regulatory mechanizmy w tych loci., Co ciekawe, takie miejsca mają niezwykle szybkie Uwalnianie pauzy, być może spowodowane wysokimi lokalnymi stężeniami P-TEFb, a tym samym wydają się odporne na utratę czynników wstrzymujących. / Align = „left” / (2018) Potwierdź i rozszerz nasze mechaniczne zrozumienie inicjacji, pauzowania i zakończenia oraz wyjaśnij wzorce modyfikacji histonów i definiowania linii TFs w wzmacniaczach.

, Głównym wyzwaniem jest rygorystycznie przypisać funkcjonalne wzmacniacz-promotor połączeń i ilościowo enhancer siłę w odniesieniu do każdego genu docelowego w jego endogennym kontekście. Zbyt często musimy polegać na „najbliższym oszacowaniu genu”, który jest niewystarczający in vivo (Fulco et al. 2016). Kolejnym wyzwaniem jest identyfikacja enhancers genomu na całym. Henriques et al. (2018) pokazują przekonująco, że stosunek H3K4me1/h3k4me3 nie identyfikuje wysoko transkrybowanych wzmacniaczy, zgodnie z doniesieniami w komórkach ssaków (Core et al. 2014; Dao et al. 2017)., Wyniki te wskazują, że enhancers są trudne do odróżnienia od promotorów przez same wzorce modyfikacji histonów i podkreślają użyteczność używać niestabilny dwukierunkowej transkrypcji dla enhancer identyfikacji. Cechy i mechanizmy określające szybkie zakończenie Pol II i niestabilność eRNA w tych miejscach pozostają do pełnej identyfikacji.

wzmacniacze i promotory mają wiele cech, w tym podobne motywy sekwencyjne, maszyny transkrypcyjne, środowisko chromatyny i zmiany w aktywności po związaniu aktywatorów lub represorów (Core et al. 2014; Scruggs et al., 2015; Fulco et al. 2016; Vihervaara et al. 2017). Jednak funkcjonalna rola transkrypcji z wzmacniaczy pozostaje nieuchwytna. Kuszące jest spekulowanie, że sama transkrypcja pomaga mediować kolokalizację wzmacniacza-promotora, być może poprzez powinowactwo Pol II do wspólnych koaktywatorów, takich jak Mediator, CBP, Integrator, kompleksy przebudowujące i modyfikatory histonów. Alternatywnie, transkrypcja może po prostu zachować otwartą i aktywną architekturę chromatyny(na przykład, Scruggs et al. 2015), umożliwiając w ten sposób interakcje wzmacniacz-promotor poprzez wiązanie czynników., Oba modele połączeń wzmacniaczy i promotorów napędzanych transkrypcją pomagają wyjaśnić ich skrajne podobieństwa w zachowaniach inicjacyjnych i wstrzymujących.

• © 2018 Tippens et al.; Opublikowane przez Cold Spring Harbor Laboratory Press