Transcrição do potenciador: o quê, onde, quando e porquê?

Abstract

após a descoberta da transcrição alargada do potenciador, verificou-se que os potenciadores e promotores são muito mais semelhantes do que se pensava anteriormente. In this issue of Genes & Development, two studies (Henriques and colleagues and Mikhaylichenko and colleagues ) shine new light on the transcriptional nature of promoters and enhancers in Drosophila., Em conjunto, estes estudos apoiam o trabalho recente em células de mamíferos, o que indica que a maioria dos potenciadores activos conduzem a transcrição local utilizando factores e mecanismos semelhantes aos dos promotores. Curiosamente, a transcrição do Intensificador é mostrada para ser coordenada pelo SPT5-E P-TEFb–mediado pause-release, mas a semi-vida da pausa é mais curta, e terminação é mais rápida em realçadores do que em promotores., Além disso, a transcrição bidireccional dos promotores está associada a uma actividade potenciadora, concedendo mais crédito a modelos em que existem elementos regulamentares ao longo de um espectro de promotor e de potenciador. Propomos um modelo unificado geral para explicar possíveis funções de transcrição em realçadores.,

palavra-chave

• promotores
• eRNA
• desenvolvimento embrionário
• potenciadores
• P-TEFb
• superenhancers
• transcrição
• terminação

Enhancers são elementos reguladores que ativar o promotor de transcrição ao longo de grandes distâncias e independentemente de orientação (Serfling et al. 1985). Embora se saiba que tanto os promotores como os potenciadores ligam factores de transcrição (TFs), pensa-se que apenas os promotores iniciam a transcrição pela RNA polimerase II (Pol II)., Com o advento da sequenciação de alta produção, características moleculares em potenciadores e promotores foram revelados em detalhes sem precedentes: os potenciadores produzem RNAs (eRNAs) in vivo (Kim et al. 2010) com uma arquitectura de iniciação e cromatina muito semelhante à dos promotores (Core et al. 2014; Scruggs et al. 2015). Este facto renovou o interesse pela constatação esquecida de que a actividade potenciadora dos mamíferos pode co-ocorrer com a actividade do promotor (Serfling et al. 1985; Arnold et al. 2013; Dao et al. 2017)., In this issue of Genes & Developement, two reports further clarify the role of enhancer transcription. Henriques et al. (2018) realize análises detalhadas em todo o genoma de pausamento e terminação em locais de início de transcrição não anotada (TSSs) e mostre uma sobreposição notável com potenciadores identificados anteriormente pelo episomal STARR-seq (auto-transcrição região regulatória ativa com sequenciação) do ensaio (Arnold et al. 2013). Mikhaylichenko et al. (2018) comparar a resistência transcritional e a direccionalidade com as actividades de potenciador e promotor in vivo., Ambos os estudos baseiam—se em técnicas de sequenciação de RNA de curto alcance-Start-seq e PRO-cap (uma variante de sequenciação nuclear de precisão)—que identificam TSSs através do genoma com alta sensibilidade. Henriques et al. (2018) offer a detailed characterization of enhancer transcription in Drosophila S2 cells by comparing production of short capped RNAs to enhancer activity. Os investigadores constataram que 49% dos TSS Start-seq-identificados anteriormente não anotados se sobrepõem com os intensificadores STARR-seq-chamados. Além disso, 94.,2% dos potenciadores encontrados dentro da cromatina acessível in vivo mostram pelo menos cinco leituras de RNA, consistentes com a maioria dos potenciadores dirigindo algum nível de transcrição. O nível de RNAs com capota curta mostrou correlação moderada com a atividade potenciadora episómica (ρ = 0, 24), sugerindo alguma conexão quantitativa entre a transcrição e a atividade do potenciador. Curiosamente, os investigadores relatam que a maioria dos realçadores são divergentemente ou convergentemente transcritos ou ambos. resultados semelhantes foram obtidos por Mikhaylichenko et al., (2018), quem investigou onde e quando ocorreu a transcrição do potenciador e a actividade do potenciador em embriões de Drosophila. Ao gerar dados de embriões inteiros de PRO-cap e CAGE (análise cap de expressão genética) em pontos de tempo correspondentes, os investigadores comparam a transcrição com a atividade de repórter transgênico em milhares de potenciadores de desenvolvimento previamente caracterizados. Os resultados validam o conceito de que a transcrição do potenciador geralmente coincide com a sua atividade funcional e que os potenciadores ativos podem possuir uma gama de níveis de transcrição e direcionalidades., A incapacidade de detectar a produção de eRNA a partir de cada potenciador funcional deixa aberta a possibilidade de potenciadores in vivo não-autorizados, mas activos, ou pode simplesmente reflectir a reduzida sensibilidade dos ensaios em embriões inteiros. O conceito de diversos mecanismos de potenciador é suportado pela variedade de mudanças na transcrição e cromatina detectadas na ligação TF induzida (Vihervaara et al. 2017).

to quantify transcriptional strength and directionality from regulatory elements, Mikhaylichenko et al., (2018) desenvolveu um ensaio transgénico elegante com vetores duplos que avaliam simultaneamente a capacidade do elemento para funcionar como potenciador e promotor in vivo. Em um conjunto limitado de elementos representativos, a maioria dos realçadores com transcrição bidirecional funcionava como promotores fracos em ambas as direções. Esta actividade do promotor ocorreu predominantemente no mesmo tecido ou subconjunto de células que a actividade endógena do potenciador dos elementos, indicando que os potenciadores e os promotores dependem dos mesmos componentes regulamentares., Além disso, promotores com transcrição bidirecional tiveram alguma atividade potenciadora, aparentando funcionar como um potenciador e promotor para o mesmo gene, semelhante aos resultados recentes em células humanas (Dao et al. 2017). Em contraste, a maioria dos promotores com transcrição unidirecional não mostrou atividade potenciadora, e a direção endógena de transcrição correlacionou-se com a orientação em que o elemento funcionava como promotor., Em conjunto, estes resultados são consistentes com as sequências de promotores a montante e os seus TSS anti-senso a montante, comportando-se de forma semelhante aos potenciadores distais (Serfling et al. 1985; Arnold et al. 2013; Scruggs et al. 2015; Dao et al. 2017).

A arquitetura cromatina unificada e a transcrição em promotores e potenciadores sugerem mecanismos compartilhados de regulação (Core et al. 2014). Por exemplo, um dos principais passos limitadores de taxa na maioria dos promotores é a pausa-lançamento, regulada pelo SPT5 E P–TEFb. Henriques et al. (2018) demonstrar que esses mesmos fatores regulam a pausa nos potenciadores., Importante é que o estudo fornece dados elegantes do curso de tempo que estimam a pausa de meia-vida em todo o genoma e demonstra uma pausa menos estável em potenciadores do que promotores. Além disso, o seqüenciamento de oligo-adenylated intermediários de exosome deficientes em células descoberto encerramento prematuro em realçadores, sugerindo que potenciador de atividade pode depender de um local de reciclagem de terminada Pol II. Finalmente, os investigadores referem que, no rato Ces, “superenhancers” e muitos promotores de conter grandes aglomerados de TSSs, indicando semelhante mecanismos de regulação nestes loci., Curiosamente, tais sites têm um lançamento de pausa extremamente rápido, talvez impulsionado por altas concentrações locais de P-TEFb, e assim parecem resistentes à perda de fatores de pausa. Ao todo, Henriques et al. (2018) confirmar e ampliar nossa compreensão mecanicista de iniciação, pausamento e terminação e clarificar padrões de modificação histona e TFs definidores de linhagem em realçadores.

desafios profundos no campo ainda estão por resolver para clarificar os mecanismos de potenciador., Um grande desafio é a atribuição rigorosa de conexões potenciador-promotor funcional e quantificar a força potenciadora em relação a cada gene-alvo no seu contexto endógeno. Muitas vezes, temos de confiar na “estimativa genética mais próxima”, que é inadequada in vivo (Fulco et al. 2016). Outro desafio é identificar potenciadores genômicos. Henriques et al. (2018) show convincingly that the H3K4me1/H3K4me3 ratio fails to identify highly transcribed enhancers, consistent with reports in mammalian cells (Core et al. 2014; Dao et al. 2017)., Estes resultados indicam que os potenciadores são difíceis de distinguir dos promotores apenas por padrões de modificação histona e destacar a utilidade de usar a transcrição bidirecional instável para a identificação do potenciador. As características e mecanismos que especificam a rápida terminação da Pol II e a instabilidade da eRNA nestes locais continuam por identificar.

realçadores e promotores compartilham muitas características, incluindo motivos de seqüência semelhantes, máquinas de transcrição, ambiente cromatina, e mudanças na atividade após a ligação de ativadores ou repressores (Core et al. 2014; Scruggs et al., 2015; Fulco et al. 2016; Vihervaara et al. 2017). No entanto, o papel funcional da transcrição de realçadores permanece esquivo. É tentador especular que a transcrição em si ajuda a mediar a colocalização potenciador–promotor, talvez através da afinidade de Pol II para co-ativadores comuns, tais como Mediator, CBP, Integrador, complexos de remodelação e modificadores de histona. Alternativamente, a transcrição pode simplesmente manter a arquitetura cromatina aberta e ativa (por exemplo, Scruggs et al. 2015), permitindo assim interações potenciador-promotor através da ligação ao factor., Qualquer um dos modelos de conectividade potenciadora e promotora impulsionada pela transcrição ajuda a explicar as suas similaridades extremas na iniciação e pausamento de comportamentos.

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