Transcriere Enhancer: ce, unde, când și de ce?

Abstract

În urma descoperirii transcrierii pe scară largă a potențiatorilor, s-a constatat că promotorii și promotorii sunt mult mai asemănători decât se credea anterior. În această problemă de Gene & Dezvoltare, două studii (Henriques și colegii și Mikhaylichenko și colegii ) strălucească lumina noua asupra transcripțional natura promotori și amelioratori de la Drosophila., Împreună, aceste studii susțin lucrările recente în celulele de mamifere, care indică faptul că cei mai activi promotori unitate locală de transcriere folosind factori și mecanisme similare cu cele ale promotorilor. Intrigant, transcrierea enhancer este dovedit a fi coordonată de SPT5-și p-tefb-mediate pauză-eliberare, dar pauză de înjumătățire este mai scurt, și terminarea este mai rapidă la amelioratori decât la promotori., Mai mult decât atât, transcrierea bidirecțională de la promotori este asociată cu activitatea de îmbunătățire, creditând în continuare modelele în care există elemente de reglementare de-a lungul unui spectru de promotori și de îmbunătățire. Propunem un model general unificat pentru a explica posibilele funcții ale transcrierii la amplificatoare.,

cuvinte Cheie

• promotorii
• eRNA
• dezvoltarea embrionară
• amelioratori
• P-TEFb
• superenhancers
• transcriere
• încetarea

Amelioratori de reglementare sunt elemente care activa promotorul transcriere pe distanțe mari și independent de orientare (Serfling et al. 1985). În timp ce se știe că atât promotorii, cât și potențiatorii leagă factorii de transcripție (TFs), s-a crezut că numai promotorii inițiază transcripția prin ARN polimeraza II (Pol II)., Odată cu apariția de high-throughput, secvențiere, caracteristici moleculare la amelioratori și promotori ai fost dezvăluit în detalii fără precedent: Amelioratori produce RNAs (eRNAs) in vivo (Kim et al. 2010) cu o arhitectură de inițiere și cromatină remarcabil de similară cu cea a promotorilor (Core et al. 2014; Scruggs și colab. 2015). Acest lucru a reînnoit foarte mult interesul pentru constatarea trecută cu vederea că activitatea de ameliorare a mamiferelor poate co-apărea cu activitatea promotorului (Serfling et al. 1985; Arnold și colab. 2013; Dao și colab. 2017)., În această problemă a genelor & Dezvoltare, două rapoarte clarifică în continuare rolul transcripției enhancer. Henriques și colab. (2018) de a efectua detaliată a genomului analize de întreruperea și încetarea la unannotated transcriere a începe site-uri (Ziceai) și arată o izbitoare se suprapun cu amelioratori identificate anterior de episomal STARR-seq (auto-transcrierea active de reglementare regiune cu secvențiere) test (Arnold et al. 2013). Mikhaylichenko și colab. (2018) comparați puterea transcripțională și direcționalitatea cu activitățile de îmbunătățire și promotor in vivo., Ambele studii se bazează pe tehnici de secvențiere ARN cu limită scurtă-Start-seq și PRO-cap (o variantă de secvențiere nucleară de precizie)—care identifică TSSs în genom cu sensibilitate ridicată. Henriques și colab. (2018) oferă o caracterizare detaliată a transcripției enhancer în celulele Drosophila S2 prin compararea producției de ARN-uri cu limită scurtă cu activitatea enhancer. Anchetatorii au descoperit că 49% Din start-seq-identificate anterior neanotate TSSs se suprapun cu Starr-seq-numit amelioratori. Mai mult, 94.,2% dintre potențiatorii găsiți în cromatina accesibilă in vivo arată cel puțin cinci citiri de ARN, în concordanță cu majoritatea potențiatorilor care conduc la un anumit nivel de transcripție. Nivelul de scurtcircuit limitat RNAs-a arătat corelație moderată cu episomal potențiator de activitate (ρ = 0.24), sugerând unele cantitative legătură între potențiator de transcriere și de activitate. Interesant este că anchetatorii raportează că majoritatea amplificatoarelor sunt transcrise divergent sau convergent sau ambele. rezultate similare au fost obținute de Mikhaylichenko și colab., (2018), OMS a investigat unde și când apare transcripția enhancer și activitatea enhancer în embrionii Drosophila. Prin generarea de întregi-embrion PRO-cap și CAGE (cap analiza expresiei genelor) date la momente de timp potrivite, anchetatorii compara transcrierea cu activitatea reporter transgenice la mii de amelioratori de dezvoltare caracterizate anterior. Rezultatele validează conceptul că transcrierea enhancer coincide, în general, cu activitatea sa funcțională și că intensificatorii activi pot avea o serie de niveluri de transcriere și direcții., Incapacitatea de a detecta producția eRNA de la fiecare potențiator funcțional lasă deschisă posibilitatea pentru potențiatori netranscriși, dar activi in vivo sau poate reflecta pur și simplu sensibilitatea redusă a testelor cu embrioni întregi. Conceptul de diverse mecanisme de îmbunătățire este susținut de varietatea modificărilor în transcripție și cromatină detectate la legarea TF indusă (Vihervaara et al. 2017). pentru a cuantifica puterea transcripțională și direcționalitatea din elementele de reglementare, Mikhaylichenko și colab., (2018) a dezvoltat un test transgenic elegant cu vectori dubli care evaluează simultan capacitatea elementului de a funcționa ca un potențiator și un promotor in vivo. Într-un set limitat de elemente reprezentative, majoritatea potențiatorilor cu transcriere bidirecțională au funcționat ca promotori slabi în ambele direcții. Această activitate promotor a apărut predominant în același țesut sau subset de celule ca și activitatea potențiator endogen al elementelor, indicând faptul că potențatorii și promotorii depind de aceleași componente de reglementare., Mai mult, promotorii cu transcriere bidirecțională au avut o activitate de îmbunătățire, care pare să funcționeze ca un promotor și promotor pentru aceeași genă, similar cu rezultatele recente în celulele umane (Dao et al. 2017). În schimb, majoritatea promotorilor cu transcripție unidirecțională nu au prezentat activitate de amplificare, iar direcția endogenă a transcripției s-a corelat cu orientarea în care elementul a funcționat ca promotor., Împreună, aceste rezultate sunt în concordanță cu amonte de promotor secvențe și în amonte antisens Ziceai comportă în mod similar la distal amelioratori (Serfling et al. 1985; Arnold și colab. 2013; Scruggs și colab. 2015; Dao și colab. 2017).

arhitectura cromatină unificată și transcrierea la promotori și amelioratori sugerează mecanisme comune de reglementare (Core et al. 2014). De exemplu, unul dintre pașii majori de limitare a ratei la majoritatea promotorilor este pause-release, reglementat de SPT5 și P–tefb. Henriques și colab. (2018) demonstrează că aceiași factori reglementează întreruperea la agenți de îmbunătățire., Foarte important, studiul oferă date elegante de curs de timp care estimează că timpul de înjumătățire este redus la nivelul genomului și demonstrează o întrerupere mai puțin stabilă la amelioratori decât promotorii. În plus, succesiunea oligo-adenylated intermediari din exosome-deficit de celule descoperit încetarea prematură la amelioratori, sugerând că potențiator de activitate poate să se bazeze pe local de reciclare a reziliat Pol II. În cele din urmă, anchetatorii raport că, în mouse-ul Ces, „superenhancers” și mulți promotori conțin grupuri mari de Ziceai, indicând similare mecanisme de reglementare la acești loci., Intrigant, astfel de site–uri au pauză de eliberare extrem de rapidă, probabil, condus de concentrații locale ridicate de P-TEFb, și, astfel, par rezistente la pierderea de factori de pauză. În total, Henriques și colab. (2018) confirmați și extindeți înțelegerea mecanicistă a inițierii, întreruperii și încetării și clarificați tiparele de modificare a histonei și TFS care definesc linia la amelioratori. provocările profunde din domeniu rămân de rezolvat pentru a clarifica în continuare mecanismele de îmbunătățire., O provocare majoră este atribuirea riguroasă a conexiunilor funcționale enhancer-promotor și cuantificarea rezistenței enhancerului în ceea ce privește fiecare genă țintă în contextul său endogen. Prea des, trebuie să ne bazăm pe „cea mai apropiată estimare a genelor”, care este inadecvată in vivo (Fulco et al. 2016). O altă provocare este identificarea potențiatorilor la nivelul genomului. Henriques și colab. (2018) arată convingător că H3K4me1/H3K4me3 raportul nu reușește să identifice extrem de transcris amelioratori, în concordanță cu rapoarte în celulele de mamifere (Core et al. 2014; Dao și colab. 2017)., Aceste rezultate indică faptul că amelioratorii sunt dificil de distins de promotori numai prin modele de modificare histonă și evidențiază utilitatea utilizării transcrierii bidirecționale instabile pentru identificarea potențiatorului. Caracteristicile și mecanismele care specifică încetarea rapidă a Pol II și instabilitatea eRNA în aceste situri rămân a fi identificate pe deplin. promotorii și promotorii au multe caracteristici, inclusiv motive de secvență similare, mașini de transcriere, mediul cromatinei și modificări ale activității la legarea activatorilor sau a represorilor (Core et al. 2014; Scruggs și colab., 2015; Fulco și colab. 2016; Vihervaara și colab. 2017). Cu toate acestea, rolul funcțional al transcrierii de la amelioratori rămâne evaziv. Este tentant să speculeze că transcrierea în sine vă ajută să medieze enhancer–promotor colocalization, poate printr-Pol II afinitate pentru comune coactivators astfel ca Mediator, CBP, Integrator, remodelare complexe, și histone modificatori. În mod alternativ, transcrierea poate menține pur și simplu arhitectura deschisă și activă a cromatinei (de exemplu, Scruggs et al. 2015), permițând astfel interacțiunile enhancer–promotor prin legarea factorilor., Oricare dintre modelele de conectivitate enhancer și promotor bazate pe transcriere ajută la explicarea asemănărilor lor extreme în inițierea și întreruperea comportamentelor.

• © 2018 Tippens și colab.; Publicat de Cold Spring Harbor Laboratory de Presă