Загадочная нестабильная расшифровка

Криптические нестабильные транскрипты ( CUT ) представляют собой подмножество некодирующих РНК (нкРНК), которые производятся из межгенных и внутригенных областей. CUT были впервые обнаружены в моделях дрожжей S. cerevisiae и обнаружены у большинства эукариот . [1] Некоторые основные характеристики CUT включают длину около 200–800 пар оснований , [2] 5'-кэп, полиаденилированный хвост и быструю деградацию из-за комбинированной активности полиаденилирующих полимераз и экзосомных комплексов . [1] [3] Транскрипция CUT происходит через РНК-полимеразу II и инициируется из областей, обедненных нуклеосомами , часто в антисмысловой ориентации. [2] [4] На сегодняшний день CUT имеют относительно не охарактеризованную функцию, но были вовлечены в ряд предполагаемых путей регуляции генов и подавления. [5] [6] [7] [8] В геноме дрожжей описаны тысячи локусов, приводящих к образованию CUT. [9] Кроме того, в клетках также были обнаружены стабильные нехарактеризованные транскрипты, или SUT, которые имеют много общего с CUT, но не разрушаются теми же путями.

Открытие и характеристика

Регионы некодирующей РНК были картированы в нескольких ранних экспериментах по исследованию S. cerevisiae с использованием подхода мозаичного массива , который показал, что большой объем транскрипционной активности может быть отнесен к межгенному региону генома. [10] Эти обнаруженные транскрипты нелегко обнаружить в популяции мРНК, поскольку они быстро подвергаются деградации как в ядре, так и в цитоплазме. [1] Однако CUT можно исследовать в мутантах дрожжей с нарушенной способностью фермента экзосомы, что позволяет транскриптам накапливаться и дает возможность их изучения и характеристики.

В 2009 году лаборатории Штейнмеца и Жакье провели серию карт транскриптома высокого разрешения, [4] [11] дополнительно характеризующих широкое распространение и расположение некодирующих транскриптов в эукариотах. Было обнаружено, что CUT составляют около 13% всех картированных транскриптов. [2]

Пути деградации

Поскольку CUT не могут наблюдаться на заметных уровнях в диком типе S. cerevisiae , большая часть их раннего исследования была сосредоточена на их деградации. На сегодняшний день были идентифицированы два основных пути: набор деградирующей экзосомы через белковый комплекс Nrd1-Nab3-Sen1 с помощью TRAMP и прекращение из-за полиаденилирующей способности комплекса Pap1p. [12] В дополнение к этим двум основным путям, было показано, что 5'-процессирующие ферменты, такие как Xrn1 [13], также участвуют в деградации CUT. [2] Многие из этих результатов были получены путем наблюдения за клетками Δrrp6 , нокаутированным мутантом для экзосомального фермента, который имеет повышенные уровни криптических транскриптов, отображенных в трансгенных областях. [3] [9] Фактически, удаление субъединицы RRP6 послужило одним из самых ранних и наиболее часто используемых методов для получения высоких концентраций CUT.

Путь Nrd1-Nab3-Sen1 и TRAMP

Транскрипция CUT завершается комплексом Nrd1-Nab3-Sen1. [14] [15] В совокупности Nrd1 и Nab3 являются белками, которые связываются со специфическими последовательностями (GUAA/G и UCUUG соответственно) РНК [16] , а Sen1 является геликазой. [17] Nrd1-Nab3-Sen1 рекрутируют ядерную экзосому, которая содержит деградирующую субъединицу RRP6. [12] Помощь в пути Nrd1-Nab3-Sen1 в качестве кофактора оказывает комплекс TRAMP, [13] который отвечает за полиаденилирование транскриптов и маркировку их для деградации. Комплекс TRAMP был обнаружен в клетках Δrrp6 , когда определенная популяция полиаденилированных CUT была приписана активности новой дрожжевой полимеразы Trf4p. Было обнаружено, что Trf4p ассоциируется с комплексом Trf4p/trf5p-Air1p/Air2p-Mtr4 [9] (коллективный комплекс, называемый TRAMP: комплекс полиаденилирования Trf-Air-Mtr4), который служит альтернативной полимеразой Poly(A) для Pap1p в S. Cerevisiae .

Роль Xrn1

Цитоплазматический распад нестабильных транскриптов также может быть связан с активностью ферментов декепирования и Xrn1. [2] Транскрипты, которые попадают в цитоплазму, могут быть нацелены на комплекс Dcp1-Dcp2, который удаляет 5'-кэп, позволяя 5'-3'-экзорибонуклеазе Xrn1 полностью разрушить транскрипт. [18] Также было обнаружено, что роль Dcp1-Dcp2 и Xrn1 в цитоплазматическом распаде заключается в регуляции уровней SUT.

Связь с двунаправленными промоутерами

Стартовые сайты транскрипции CUT расположены в свободных от нуклеосом, неперекрывающихся парах транскриптов. [4] Эти свободные от нуклеосом области генома часто коррелируют с промоторными областями открытых рамок считывания и транскриптов мРНК, что указывает на то, что часть CUT расположена в двунаправленных промоторах. Кроме того, последовательный анализ экспрессии генов продемонстрировал, что расположение 3'-концов CUT можно найти в непосредственной близости от стартовых особенностей ORF как в смысловой, так и в антисмысловой конфигурациях, [11] что указывает на то, что конец последовательностей CUT лежит в 5'-промоторной области экспрессируемых белков.

Смысловые CUT в основном были обнаружены в промоторах, связанных с генами катаболизма глюкозы, в то время как антисмысловые CUT не имеют специфических ассоциаций и обнаружены рассеянными в промоторах по всему геному. [11]

SUT-ы

Стабильные нехарактеризованные транскрипты или стабильные неаннотированные транскрипты (SUT) имеют некоторые схожие характеристики с CUT — они могут происходить из межгенной области, являются некодирующими транскриптами и подвергаются 5'-3' цитоплазматической деградации. Подобно CUT, сайты начала транскрипции SUT также находятся в областях, свободных от нуклеосом [4] , и связаны с промоторами генов, кодирующих белок. [11] Однако SUT можно наблюдать как в мутантах Δrrp6 , так и в клетках дикого типа, что указывает на то, что они лишь частично деградируют экзосомой [19] и способны избегать пути Nrd1-Nab3-Sen1. SUT в первую очередь деградируют вместо этого за счет комбинированной активности ферментов декепирования Dcp1, Dcp2 и цитоплазматической экзонуклеазы Xrn1. [19]

Было обнаружено, что один класс SUT участвует в транс-сайленсинге ретротранспозона.

Взаимодействие с гистонами

РЕПРЕССИИ

В дрожжевых моделях было отмечено, что гистонметилтрансфераза Set2 имеет решающее значение для поддержания надлежащего метилирования в гистоне 3 лизине 36 (H3K36). Потеря функции Set2 приводит к потере метилирования H3K36 и избыточному ацетилированию гистона H4, что позволяет экспрессировать несколько коротких криптических транскриптов из генов STE11 и FLO8. В этом случае потеря Set2 позволяет экспрессировать экзон-производные CUT, в отличие от межгенных транскриптов, что показывает роль, которую гистоны играют в контроле внутригенных CUT. [20]

При отсутствии факторов удлинения транскрипции Spt6 и Spt16 нуклеосомы распределяются по ДНК неправильно, что позволяет РНК-полимеразе II получать доступ к скрытым сайтам полимеразы и ошибочно транскрибировать CUT. [20] Spt6 отвечает за восстановление нормальной структуры хроматина после транскрипции с РНК-полимеразы II, и было обнаружено, что дрожжевые клетки с нарушенной функцией Spt6 производят повышенное количество CUT. [21] Например, было обнаружено, что РНК-полимераза II неправильно связывается с внутренней областью инициации гена FLO8 у мутантов spt6, что позволяет происходить скрытой транскрипции из-за ошибочного распределения нуклеосом. [21]

Изгнание/привлечение гистонов через CUT

Криптографический транскрипт, расположенный на промоторе PHO5, который обнаруживается у мутантов Δrrp6 , отвечает за увеличение скорости ремоделирования промотора. Нокаутированные мутанты без способности транскрибировать CUT имеют примерно половину скорости вытеснения гистонов из промотора PHO5 по сравнению с клетками дикого типа [7] , что подразумевает, что CUT отвечает за опосредование доступности промотора PHO5 для РНК-полимеразы II.

Также было отмечено, что у S. cerevisiae мутанты Δrrp6 и Δtrf4 подавляют транскрипцию гена PHO84. Клетки Δrrp6 и Δtrf4 стабилизировали уровни антисмысловых транскриптов PHO84, которые служат для привлечения комплекса гистондеацетилазы Hda1/2/3 к гену PHO84, эффективно подавляя транскрипцию и экспрессию посредством деацетилирования гистонов. В клетках Δrrp6 Hda1 ассоциируется с промоторными или кодирующими областями PHO84 до пяти раз чаще, чем у аналогов дикого типа. Кроме того, активность деацетилирования гистонов происходит конкретно в области перекрытия PHO84 и Hda1 на лизине 18 гистона 3 (H3K18) [6] , что указывает на то, что CUT отвечает за привлечение гистондеацетилазы. Наряду с антисмысловыми транскриптами TY1 антисмысловые транскрипты PHO84 могут выполнять потенциальную регуляторную функцию в S. Cerevisiae .

ПОДСКАЗКИ

Транскрипты промотора (PROMPT) находятся примерно на 1–1,5 кб выше стартовых участков человеческой транскрипции в негенных регионах. [22] Как и CUT, PROMPT являются формой некодирующих РНК, которые становятся обнаружимыми в отсутствие деградирующего фермента экзосомы. PROMPT были впервые обнаружены в клетках человека hRrp40, подавленных siRNA, где hRrp40 служит основной субъединицей экзорибонуклеолитической экзосомы человека. Было обнаружено, что области, кодирующие PROMPT, производят смысловые и антисмысловые транскрипты, оба из которых в равной степени нацелены на экзосому.

С точки зрения функции, некодирующие РНК с предполагаемыми регуляторными функциями были локализованы в потенциальных регионах PROMPT. [22] Поскольку было показано, что большая часть генома человека транскрибируется, [22] существование PROMPT помогает объяснить часть некодирующих транскриптов, которые все еще генерируются.

Функция

Хотя эндогенный путь интерференции РНК не существует в S. cerevisiae , CUT и SUT могут выполнять сопоставимую функцию. Было отмечено сходство между подавлением транспозируемого элемента TY1 в дрожжах и активностью малой интерферирующей РНК в растениях. У мутантов XRN1 транскрипты TY1 уменьшаются в количестве, а антисмысловые транскрипты TY1 увеличиваются. Эти антисмысловые транскрипты TY1 снижают активность транспозиции TY1 транс-способом и смягчают его экспрессию, [5] указывая на потенциальную роль CUT и SUT в эпигенетике . Аналогично, экспрессия некодируемой РНК SRG1 в S. cerevisiae подавляет транскрипционную активность гена фосфоглицератдегидрогеназы SER3. [8]

Было также показано, что быстро деградирующие антисмысловые транскрипты гена PHO84 привлекают гистондеацетилазу Hda1 к гену PHO84, эффективно подавляя экспрессию PHO84. [6]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Томпсон Д., Паркер Р. (2007). «Цитоплазматический распад межгенных транскриптов в Saccharomyces cerevisiae». Молекулярная и клеточная биология . 27 (1): 92–101. doi : 10.1128/MCB.01023-06. PMC  1800667. PMID  17074811.
  2. ^ abcde Berretta J, Morillon A (2009). «Всепроникающая транскрипция представляет собой новый уровень регуляции эукариотического генома». EMBO Reports . 10 (9): 973–982. doi :10.1038/embor.2009.181. PMC 2750061. PMID  19680288 . 
  3. ^ ab Davis CA, Ares M (2006). «Накопление нестабильных транскриптов, связанных с промотором, при потере ядерной экзосомной субъединицы Rrp6p в Saccharomyces cerevisiae». PNAS . 103 (9): 3262–3267. Bibcode :2006PNAS..103.3262D. doi : 10.1073/pnas.0507783103 . PMC 1413877 . PMID  16484372. 
  4. ^ abcd Xu Z; et al. (2009). «Двунаправленные промоторы генерируют всепроникающую транскрипцию в дрожжах». Nature . 457 (7232): 1033–1037. Bibcode :2009Natur.457.1033X. doi :10.1038/nature07728. PMC 2766638 . PMID  19169243. 
  5. ^ ab Berretta J, Pinskaya M, Morillon A (2008). «Критический нестабильный транскрипт опосредует транскрипционное транс-молчание ретротранспозона Ty1 в S. cerevisiae». Genes Dev . 22 (5): 615–626. doi :10.1101/gad.458008. PMC 2259031. PMID 18316478  . 
  6. ^ abc Camblong J; et al. (2007). «Стабилизация антисмысловой РНК индуцирует подавление транскрипционных генов посредством деацетилирования гистонов в S. cerevisiae». Cell . 131 (4): 706–717. doi : 10.1016/j.cell.2007.09.014 . PMID  18022365.
  7. ^ ab Uhler J, Hertel C, Svejstrup J (2007). "Роль некодирующей транскрипции в активации гена дрожжей PHO5". PNAS . 104 (19): 8011–8016. Bibcode :2007PNAS..104.8011U. doi : 10.1073/pnas.0702431104 . PMC 1859995 . PMID  17470801. 
  8. ^ ab Martens J, Laprade L, Winston F (2004). «Межгенная транскрипция необходима для подавления гена SER3 Saccharomyces cerevisiae». Nature . 429 (6991): 571–574. Bibcode :2004Natur.429..571M. doi :10.1038/nature02538. PMID  15175754. S2CID  809550.
  9. ^ abc Wyers F; et al. (2005). «Криптические транскрипты Pol II деградируют с помощью ядерного контроля качества, включающего новую полимеразу Poly(A)». Cell . 121 (5): 725–737. doi : 10.1016/j.cell.2005.04.030 . PMID  15935759.
  10. ^ Джонсон Дж. и др. (2005). «Темная материя в геноме: доказательства широко распространенной транскрипции, обнаруженные с помощью экспериментов по укладке микрочипов». Тенденции в генетике . 21 (2): 93–102. doi :10.1016/j.tig.2004.12.009. PMID  15661355.
  11. ^ abcd Neil H; et al. (2009). «Широко распространенные двунаправленные промоторы являются основным источником криптических транскриптов у дрожжей». Nature . 457 (7232): 1038–1042. Bibcode :2009Natur.457.1038N. doi :10.1038/nature07747. PMID  19169244. S2CID  4329373.
  12. ^ ab Васильева Л, Буратовски С (2006). "Nrd1 взаимодействует с ядерной экзосомой для 3'-процессинга транскриптов РНК-полимеразы II". Molecular Cell . 21 (2): 239–248. doi : 10.1016/j.molcel.2005.11.028 . PMID  16427013.
  13. ^ ab Houseley J, Tollervey D (2009). «Множество путей деградации РНК». Nature . 136 (4): 763–776. doi : 10.1016/j.cell.2009.01.019 . PMID  19239894.
  14. ^ Schulz D, Schwalb B, Kiesel A, Baejen C, Torkler P, Gagneur J, Soeding J, Cramer P (ноябрь 2013 г.). «Наблюдение за транскриптомом путем селективного прекращения синтеза некодирующих РНК». Cell . 155 (5): 1075–87. doi : 10.1016/j.cell.2013.10.024 . hdl : 11858/00-001M-0000-0015-39ED-1 . PMID  24210918.
  15. ^ Thiebaut M, Kisseleva-Romanova E, Rougemaille M, Boulay J, Libri D (сентябрь 2006 г.). «Терминация транскрипции и ядерная деградация криптических нестабильных транскриптов: роль пути nrd1-nab3 в наблюдении за геномом». Mol Cell . 23 (6): 853–64. doi : 10.1016/j.molcel.2006.07.029 . PMID  16973437.
  16. ^ Кэрролл и др. (2004). «Идентификация цис-элементов, направляющих терминацию неполиаденилированных транскриптов snoRNA дрожжей». Molecular Cell Biology . 24 (14): 6241–6252. doi :10.1128/mcb.24.14.6241-6252.2004. PMC 434237 . PMID  15226427. 
  17. ^ Porrua O, Libri D (июль 2013 г.). «Похожий на бактериальный механизм терминации транскрипции геликазой Sen1p у почкующихся дрожжей». Nat Struct Mol Biol . 20 (7): 884–91. doi :10.1038/nsmb.2592. PMID  23748379. S2CID  20615332.
  18. ^ Wu L, Belasco S (2008). «Позвольте мне посчитать пути: механизмы регуляции генов с помощью miRNA и siRNA». Molecular Cell . 29 (1): 1–7. doi : 10.1016/j.molcel.2007.12.010 . PMID  18206964.
  19. ^ ab Marquadt S, Hazelbaker D, Buratowski S (2011). «Различные пути деградации РНК и 3'-расширения видов некодирующей РНК дрожжей». Транскрипция . 2 (3): 145–154. doi :10.4161/trns.2.3.16298. PMC 3149692 . PMID  21826286. 
  20. ^ ab Carrozza M; et al. (2005). «Метилирование гистона H3 с помощью Set2 направляет деацетилирование кодирующих областей с помощью Rpd3S для подавления ложной внутригенной транскрипции». Cell . 123 (4): 581–592. doi : 10.1016/j.cell.2005.10.023 . PMID  16286007.
  21. ^ ab Kaplan C, Laprade L, Winston F (2003). "Факторы удлинения транскрипции подавляют инициацию транскрипции с криптических сайтов". Science . 301 (5636): 1096–1099. Bibcode :2003Sci...301.1096K. doi :10.1126/science.1087374. PMID  12934008. S2CID  24249508.
  22. ^ abc Preker P; et al. (2008). «Истощение экзосом РНК выявляет транскрипцию выше активных человеческих промоторов». Science . 322 (5909): 1851–1854. Bibcode :2008Sci...322.1851P. doi : 10.1126/science.1164096 . PMID  19056938.
Получено с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cryptic_unstable_transcript&oldid=1193736965"