Загадочная нестабильная расшифровка
Загадочные нестабильные транскрипты ( CUT ) представляют собой подмножество некодирующих РНК (нкРНК), которые образуются из межгенных и внутригенных областей. CUT были впервые обнаружены на 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 быстрая деградация благодаря совместной активности полиаденилирующих полимераз и комплексов экзосом . [1] [3] Транскрипция CUT происходит посредством РНК-полимеразы II и инициируется из областей, обедненных нуклеосомами , часто в антисмысловой ориентации. [2] [4] На сегодняшний день CUT имеют относительно неопределенную функцию, но вовлечены в ряд предполагаемых путей регуляции генов и молчания. [5] [6] [7] [8] В геноме дрожжей описаны тысячи локусов, приводящих к генерации CUT. [9] Кроме того, в клетках также были обнаружены стабильные неохарактеризованные транскрипты, или SUT, которые во многом похожи на CUT, но не разрушаются теми же путями.
Открытие и характеристика
[ редактировать ]Области некодирующей РНК были картированы в нескольких ранних экспериментах по изучению S. cerevisiae с использованием метода тайлингового массива , что показало, что большая часть транскрипционной активности может быть связана с межгенной областью 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 на мутантах дрожжей с нарушенной способностью ферментов экзосом, что позволяет накапливать транскрипты и позволяет их изучать и характеризовать.
В 2009 году лаборатории Штайнмеца и Жакье выполнили серию карт транскриптома высокого разрешения. [4] [11] дополнительно характеризующая широкое распространение и расположение некодирующих транскриптов внутри эукариот. Было обнаружено, что CUT составляют около 13% всех картированных транскриптов. [2]
Пути деградации
[ редактировать ]дикого типа Поскольку CUT не могут наблюдаться на заметных уровнях у S. cerevisiae , большая часть их ранних исследований была сосредоточена на их деградации. На сегодняшний день идентифицированы два основных пути: рекрутирование деградирующей экзосомы через белковый комплекс Nrd1-Nab3-Sen1 с помощью TRAMP и терминация из-за полиаденилирующей способности комплекса Pap1p. [12] В дополнение к этим двум основным путям ферменты 5'-процессинга, такие как Xrn1, [13] также было показано, что они участвуют в деградации CUT. [2] Многие из этих результатов были получены при наблюдении за клетками Δrrp6 , нокаутным мутантом экзосомного фермента, который имеет повышенные уровни загадочных транскриптов, картированных в трансгенных областях. [3] [9] Фактически, удаление субъединицы RRP6 послужило одним из самых ранних и наиболее часто используемых методов получения высоких концентраций CUT.
Путь Nrd1-Nab3-Sen1 и TRAMP
[ редактировать ]Транскрипция CUT завершается комплексом Nrd1-Nab3-Sen1. [14] [15] В совокупности Nrd1 и Nab3 представляют собой белки, которые связываются со специфическими последовательностями (GUAA/G и UCUUG соответственно) РНК. [16] и Sen1 представляет собой геликазу. [17] Nrd1-Nab3-Sen1 рекрутируют ядерную экзосому, содержащую деградирующую субъединицу RRP6. [12] В пути Nrd1-Nab3-Sen1 в качестве кофактора участвует комплекс TRAMP, [13] который отвечает за полиаденилирование транскриптов и маркировку их деградации. Комплекс TRAMP был обнаружен в клетках Δrrp6 , когда определенная популяция полиаденилированных CUT была связана с активностью новой дрожжевой полимеразы Trf4p. Было обнаружено, что Trf4p объединяется в комплекс Trf4p/trf5p-Air1p/Air2p-Mtr4. [9] (коллективный комплекс, называемый TRAMP: комплекс полиаденилирования Trf-Air-Mtr4), который служит альтернативой поли(А)-полимеразе Pap1p в S. Cerevisiae .
Роль Xrn1
[ редактировать ]Цитоплазматический распад нестабильных транскриптов также можно объяснить активностью декапирующих ферментов и Xrn1. [2] Транскрипты, попадающие в цитоплазму, могут быть атакованы комплексом 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 участвует в регуляции уровней SUT.
Связь с двунаправленными промоутерами
[ редактировать ]Сайты начала транскрипции CUT расположены в составе свободных от нуклеосом неперекрывающихся пар транскриптов. [4] Эти свободные от нуклеосом области генома часто коррелируют с промоторными областями открытых рамок считывания и транскриптами мРНК, указывая на то, что часть CUT расположена внутри двунаправленных промоторов. Кроме того, серийный анализ экспрессии генов продемонстрировал, что расположение концов CUT 3' может быть обнаружено в непосредственной близости от начальных признаков ORF как в смысловой, так и в антисмысловой конфигурации. [11] что указывает на то, что конец последовательностей CUT находится в пределах 5'-промоторной области экспрессируемых белков.
Смысловые CUT в основном обнаруживаются в промоторах, связанных с генами катаболизма глюкозы, тогда как антисмысловые CUT не имеют специфических ассоциаций и обнаруживаются рассеянными в промоторах по всему геному. [11]
ТУС
[ редактировать ]Стабильные нехарактеризованные транскрипты или стабильные неаннотированные транскрипты (SUT) имеют определенные характеристики, сходные с CUT: они могут происходить из межгенной области, являются некодирующими транскриптами и подвергаются цитоплазматической деградации с 5' на 3'. Как и CUT, сайты начала транскрипции SUT также обнаруживаются в свободных от нуклеосом областях. [4] и связаны с промоторами генов, кодирующих белки. [11] Однако SUT можно наблюдать как в мутантах Δrrp6 , так и в клетках дикого типа, что указывает на то, что они лишь частично расщепляются экзосомой. [19] и способны избежать пути Nrd1-Nab3-Sen1. Вместо этого SUT в первую очередь разрушаются за счет совместной активности декапирующих ферментов Dcp1, Dcp2 и цитоплазматической экзонуклеазы Xrn1. [19]
Было обнаружено, что один класс SUT участвует в транс-замалчивании ретротранспозона.
Взаимодействие с гистонами
[ редактировать ]CUT репрессии
[ редактировать ]В дрожжевых моделях было замечено, что гистон-метилтрансфераза Set2 имеет решающее значение для поддержания правильного метилирования гистона 3 лизина 36 (H3K36). Потеря функции Set2 приводит к потере метилирования H3K36 и чрезмерному ацетилированию гистона H4, что позволяет экспрессировать несколько коротких загадочных транскриптов генов STE11 и FLO8. В этом случае потеря Set2 позволяет экспрессировать CUT, происходящие из экзонов, в отличие от транскриптов, происходящих из межгенного происхождения, показывая роль, которую гистоны играют в контроле CUT внутригенного происхождения. [20]
В отсутствие факторов элонгации транскрипции Spt6 и Spt16 нуклеосомы неправильно распределяются по ДНК, что позволяет РНК-полимеразе II получать доступ к сайтам криптической полимеразы и ошибочно транскрибировать CUT. [20] Spt6 отвечает за восстановление нормальной структуры хроматина после транскрипции с РНК-полимеразы II, а 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 осуществлять скрытую транскрипцию из-за ошибочного распределения нуклеосом. [21]
Выселение/вербовка гистонов посредством CUT
[ редактировать ]Зашифрованный транскрипт, расположенный на промоторе PHO5, который обнаруживается у мутантов Δrrp6 , отвечает за увеличение скорости ремоделирования промотора. Нокаутные мутанты, не способные транскрибировать CUT, имеют примерно вдвое меньшую скорость вытеснения гистонов из промотора PHO5 по сравнению с клетками дикого типа. [7] подразумевая, что CUT отвечает за обеспечение доступности промотора PHO5 для РНК-полимеразы II.
также наблюдалось У S. cerevisiae , что мутанты Δrrp6 и Δtrf4 подавляют транскрипцию гена PHO84. Клетки Δrrp6 и Δtrf4 имеют стабилизированные уровни антисмысловых транскриптов PHO84, которые служат для рекрутирования комплекса гистондеацетилазы Hda1/2/3 к гену PHO84, эффективно подавляя транскрипцию и экспрессию посредством деацетилирования гистонов. В клетках Δrrp6 Hda1 связывается с промотором или кодирующими областями PHO84 до пяти раз чаще, чем в аналогах 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 рекрутирование деацетилазы гистонов. Наряду с антисмысловыми транскриптами TY1 антисмысловые транскрипты PHO84 могут выполнять потенциальную регуляторную функцию у S. cerevisiae .
ПОДСКАЗКИ
[ редактировать ]Транскрипты вышестоящего промотора (PROMPT) обнаруживаются примерно на 1–1,5 т.п. выше сайтов начала транскрипции человека в негенных регионах. [22] Как и CUT, PROMPT представляют собой форму некодирующих РНК, которые можно обнаружить в отсутствие деградирующего экзосомального фермента. PROMPTs были впервые идентифицированы в клетках человека hRrp40, заглушенных 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.
Что касается функции, нкРНК с предполагаемыми регуляторными функциями локализованы в потенциальных регионах PROMPT. [22] Поскольку было показано, что большая часть человеческого генома транскрибируется, [22] существование PROMPT помогает объяснить часть некодирующих транскриптов, которые все еще генерируются.
Функция
[ редактировать ]эндогенной РНК-интерференции не существует пути Хотя у S. cerevisiae , CUT и SUT могут выполнять сопоставимую функцию. Наблюдалось сходство между подавлением мобильного элемента TY1 у дрожжей и активностью небольших интерферирующих РНК в растениях. У мутантов XRN1 количество транскриптов TY1 уменьшается, а количество антисмысловых транскриптов TY1 увеличивается. Эти антисмысловые транскрипты TY1 снижают транспозиционную активность TY1 и ослабляют его экспрессию. [5] что указывает на потенциальную роль CUT и SUT в эпигенетике . Аналогично, экспрессия нкРНК SRG1 у S. Cerevisiae подавляет транскрипционную активность гена фосфоглицератдегидрогеназы SER3. [8]
Также было показано, что быстро деградированные антисмысловые транскрипты гена PHO84 привлекают гистондеацетилазу Hda1 к гену PHO84, эффективно подавляя экспрессию PHO84. [6]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Томпсон Д., Паркер Р. (2007). «Цитоплазматический распад межгенных транскриптов у Saccharomyces cerevisiae» . Молекулярная и клеточная биология . 27 (1): 92–101. дои : 10.1128/MCB.01023-06 . ПМЦ 1800667 . ПМИД 17074811 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Берретта Дж., Мориллон А. (2009). «Повсеместная транскрипция представляет собой новый уровень регуляции генома эукариот» . Отчеты ЭМБО . 10 (9): 973–982. дои : 10.1038/embor.2009.181 . ПМК 2750061 . ПМИД 19680288 .
- ^ Перейти обратно: а б Дэвис, Калифорния, Арес М. (2006). «Накопление нестабильных транскриптов, связанных с промотором, при потере субъединицы ядерной экзосомы Rrp6p у Saccharomyces cerevisiae» . ПНАС . 103 (9): 3262–3267. Бибкод : 2006PNAS..103.3262D . дои : 10.1073/pnas.0507783103 . ПМЦ 1413877 . ПМИД 16484372 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Сюй Цзы; и др. (2009). «Двунаправленные промоторы генерируют всеобъемлющую транскрипцию у дрожжей» . Природа . 457 (7232): 1033–1037. Бибкод : 2009Natur.457.1033X . дои : 10.1038/nature07728 . ПМК 2766638 . ПМИД 19169243 .
- ^ Перейти обратно: а б Берретта Дж., Пинская М., Мориллон А. (2008). «Загадочный нестабильный транскрипт опосредует транскрипционное транс-молчание ретротранспозона Ty1 у S. cerevisiae» . Генс Дев . 22 (5): 615–626. дои : 10.1101/gad.458008 . ПМК 2259031 . ПМИД 18316478 .
- ^ Перейти обратно: а б с Камблонг Дж.; и др. (2007). «Стабилизация антисмысловой РНК вызывает молчание транскрипционных генов посредством деацетилирования гистонов у S. cerevisiae» . Клетка . 131 (4): 706–717. дои : 10.1016/j.cell.2007.09.014 . ПМИД 18022365 .
- ^ Перейти обратно: а б Улер Дж., Хертель С., Швейструп Дж. (2007). «Роль некодирующей транскрипции в активации дрожжевого гена PHO5» . ПНАС . 104 (19): 8011–8016. Бибкод : 2007PNAS..104.8011U . дои : 10.1073/pnas.0702431104 . ПМЦ 1859995 . ПМИД 17470801 .
- ^ Перейти обратно: а б Мартенс Дж., Лапрад Л., Уинстон Ф. (2004). «Межгенная транскрипция необходима для подавления гена SER3 Saccharomyces cerevisiae». Природа . 429 (6991): 571–574. Бибкод : 2004Natur.429..571M . дои : 10.1038/nature02538 . ПМИД 15175754 . S2CID 809550 .
- ^ Перейти обратно: а б с Уайерс Ф; и др. (2005). «Загадочные транскрипты Pol II разрушаются в результате ядерного контроля качества с участием новой поли(А)-полимеразы» . Клетка . 121 (5): 725–737. дои : 10.1016/j.cell.2005.04.030 . ПМИД 15935759 .
- ^ Джонсон Дж; и др. (2005). «Темная материя в геноме: свидетельства широко распространенной транскрипции, обнаруженные в экспериментах по укладке плиток на микрочипах». Тенденции в генетике . 21 (2): 93–102. дои : 10.1016/j.tig.2004.12.009 . ПМИД 15661355 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Нил Х; и др. (2009). «Широко распространенные двунаправленные промоторы являются основным источником загадочных транскриптов у дрожжей». Природа . 457 (7232): 1038–1042. Бибкод : 2009Natur.457.1038N . дои : 10.1038/nature07747 . ПМИД 19169244 . S2CID 4329373 .
- ^ Перейти обратно: а б Васильева Л., Буратовский С (2006). «Nrd1 взаимодействует с ядерной экзосомой для 3'-процессинга транскриптов РНК-полимеразы II» . Молекулярная клетка . 21 (2): 239–248. doi : 10.1016/j.molcel.2005.11.028 . ПМИД 16427013 .
- ^ Перейти обратно: а б Хаусли Дж., Толлерви Д. (2009). «Множество путей деградации РНК» . Природа . 136 (4): 763–776. дои : 10.1016/j.cell.2009.01.019 . ПМИД 19239894 .
- ^ Шульц Д., Швальб Б., Кизель А., Байен С., Торклер П., Ганьёр Дж., Зёдинг Дж., Крамер П. (ноябрь 2013 г.). «Наблюдение за транскриптомом путем избирательного прекращения синтеза некодирующей РНК» . Клетка . 155 (5): 1075–87. дои : 10.1016/j.cell.2013.10.024 . hdl : 11858/00-001M-0000-0015-39ED-1 . ПМИД 24210918 .
- ^ Тибо М., Киселева-Романова Е., Ружмейл М., Буле Ж., Либри Д. (сентябрь 2006 г.). «Терминация транскрипции и ядерная деградация загадочных нестабильных транскриптов: роль пути nrd1-nab3 в надзоре за геномом» . Мол Клетка . 23 (6): 853–64. doi : 10.1016/j.molcel.2006.07.029 . ПМИД 16973437 .
- ^ Кэрролл; и др. (2004). «Идентификация цис-элементов, управляющих терминацией неполиаденилированных транскриптов мякРНК дрожжей» . Молекулярно-клеточная биология . 24 (14): 6241–6252. дои : 10.1128/mcb.24.14.6241-6252.2004 . ПМЦ 434237 . ПМИД 15226427 .
- ^ Порруа О, Libri D (июль 2013 г.). «Бактериальный механизм терминации транскрипции хеликазой Sen1p у почкующихся дрожжей». Nat Struct Мол Биол . 20 (7): 884–91. дои : 10.1038/nsmb.2592 . ПМИД 23748379 . S2CID 20615332 .
- ^ Ву Л, Беласко С (2008). «Позвольте мне посчитать пути: механизмы регуляции генов с помощью микроРНК и миРНК» . Молекулярная клетка . 29 (1): 1–7. doi : 10.1016/j.molcel.2007.12.010 . ПМИД 18206964 .
- ^ Перейти обратно: а б Марквадт С., Хейзелбейкер Д., Буратовски С. (2011). «Различные пути деградации РНК и 3'-расширения видов некодирующей РНК дрожжей» . Транскрипция . 2 (3): 145–154. дои : 10.4161/trns.2.3.16298 . ПМК 3149692 . ПМИД 21826286 .
- ^ Перейти обратно: а б Карроцца М; и др. (2005). «Метилирование гистона H3 с помощью Set2 направляет деацетилирование кодирующих областей с помощью Rpd3S для подавления ложной внутригенной транскрипции» . Клетка . 123 (4): 581–592. дои : 10.1016/j.cell.2005.10.023 . ПМИД 16286007 .
- ^ Перейти обратно: а б Каплан С., Лапрад Л., Уинстон Ф. (2003). «Факторы элонгации транскрипции подавляют инициацию транскрипции с загадочных сайтов». Наука . 301 (5636): 1096–1099. Бибкод : 2003Sci...301.1096K . дои : 10.1126/science.1087374 . ПМИД 12934008 . S2CID 24249508 .
- ^ Перейти обратно: а б с Прекер П; и др. (2008). «Истощение экзосом РНК показывает транскрипцию выше активных человеческих промоторов» . Наука . 322 (5909): 1851–1854. Бибкод : 2008Sci...322.1851P . дои : 10.1126/science.1164096 . ПМИД 19056938 .