Kryptický nestabilní přepis - Cryptic unstable transcript

Kryptické nestabilní přepisy (ŘEZY) jsou podmnožinou nekódující RNA (ncRNA), které se vyrábějí z intergenní a intragenní regionech. CUT byly poprvé pozorovány u S. cerevisiae kvasinkové modely a nacházejí se ve většině eukaryoty.[1] Některé základní charakteristiky CUT zahrnují délku kolem 200–800 základní páry,[2] 5 'čepice, polyadenylovaný ocas a rychlá degradace v důsledku kombinované aktivity polyadenylačních polymeráz a exozomální komplexy.[1][3] K transkripci CUT dochází prostřednictvím RNA polymeráza II a iniciuje z nukleosom -vyčerpané oblasti, často v antisense orientace.[2][4] K dnešnímu dni mají CUT relativně necharakterizovanou funkci, ale byly zapojeny do řady domnělých genových regulačních a umlčovacích cest.[5][6][7][8] V genomu kvasinek byly popsány tisíce lokusů vedoucích ke generování CUT.[9] Kromě toho byly v buňkách detekovány stabilní necharakterizované transkripty neboli SUT, které mají mnoho podobností s CUT, ale nedochází k jejich degradaci stejnými cestami.

Objev a charakterizace

Oblasti nekódující RNA byly mapovány v několika raných experimentech zkoumajících S. cerevisiae používat pole obkladů přístup, který naznačil, že velké množství transkripční aktivity lze připsat intergenové oblasti genomu.[10] Tyto detekované transkripty nejsou v populaci mRNA snadno pozorovány, protože jsou rychle zacíleny na degradaci jak v jádře, tak v cytoplazmě.[1] CUT však lze zkoumat u kvasinkových mutantů se sníženou schopností exozomového enzymu, což umožňuje akumulaci transkriptů a umožňuje jejich studium a charakterizaci.

V roce 2009 provedly laboratoře Steinmetz a Jacquier řadu transkriptomových map s vysokým rozlišením,[4][11] další charakterizace rozšířené distribuce a umístění nekódujících přepisů v eukaryotech. Bylo zjištěno, že CUT tvoří přibližně 13% všech mapovaných přepisů.[2]

Cesty degradace

Protože CUT nelze u divokého typu pozorovat na znatelných úrovních S. cerevisiae, velká součást jejich rané studie se zaměřila na jejich degradaci. K dnešnímu dni byly identifikovány dvě hlavní cesty: nábor degradujícího exosomu prostřednictvím proteinového komplexu Nrd1-Nab3-Sen1 s pomocí TRAMP a ukončení kvůli polyadenylační schopnosti komplexu Pap1p.[12] Kromě těchto dvou hlavních cest, 5 'zpracování enzymů, jako je Xrn1[13] Bylo také prokázáno, že se účastní degradace CUT.[2] Mnoho z těchto zjištění bylo získáno pozorováním Δrrp6 buňky, knock-out mutant pro exosomový enzym, který má zvýšené hladiny kryptických transkriptů mapovaných do transgenních oblastí.[3][9] Ve skutečnosti delece podjednotky RRP6 sloužila jako jedna z prvních a nejčastěji používaných metod pro generování vysokých koncentrací CUT.

Cesta Nrd1-Nab3-Sen1 a TRAMP

Přepis CUT je ukončen komplexem Nrd1-Nab3-Sen1.[14][15] Souhrnně jsou Nrd1 a Nab3 proteiny, které se vážou na specifické sekvence (GUAA / G a UCUUG) RNA[16] a Sen1 je helikáza.[17] Nrd1-Nab3-Sen1 získává jaderný exosom, který obsahuje degradující podjednotku RRP6.[12] Asistencí v cestě Nrd1-Nab3-Sen1 jako kofaktoru je komplex TRAMP,[13] který je zodpovědný za polyadenylační transkripty a jejich označení pro degradaci. Komplex TRAMP byl objeven v Δrrp6 buňky, když určitá populace poly-adenylovaných CUT byla přičítána aktivitě nové kvasinkové polymerázy, Trf4p. Bylo zjištěno, že Trf4p se sdružuje v komplexu Trf4p / trf5p-Air1p / Air2p-Mtr4[9] (kolektivní komplex označovaný jako TRAMP: Polyfenylační komplex Trf-Air-Mtr4), který slouží jako alternativní Poly (A) polymeráza k Pap1p v S. Cerevisiae.

Role Xrn1

Cytoplazmatický rozpad nestabilních transkriptů lze také přičíst aktivitě dekapovacích enzymů a Xrn1.[2] Na transkripty, které vstupují do cytoplazmy, lze zacílit komplexem Dcp1-Dcp2, který odstraňuje 5 'čepičku, což umožňuje 5' až 3 'exoribonukleáze Xrn1 úplně degradovat transkript.[18] Bylo také zjištěno, že role Dcp1-Dcp2 a Xrn1 v cytoplazmatickém rozpadu se podílí na regulaci hladin SUT.

Vztah s obousměrnými promotéry

Počáteční místa transkripce CUT jsou umístěna v nepřekrývajících se transkriptových párech bez nukleosomů.[4] Tyto oblasti genomu bez nukleosomů byly často korelovány s oblastmi promotoru otevřených čtecích rámců a transkriptů mRNA, což naznačuje, že část CUT je umístěna v obousměrných promotorech. Dodatečně, sériová analýza genové exprese prokázal, že umístění konců CUT 3 'lze nalézt v těsné blízkosti počátečních rysů ORF v konfiguracích sense i antisense,[11] což naznačuje, že konec sekvencí CUT leží v 5 'promotorové oblasti exprimovaných proteinů.

Sense CUT byly z velké části nalezeny v promotorech spojených s geny katabolismu glukózy, zatímco antisense CUT nemají žádné specifické asociace a jsou nalezeny rozptýleny v promotorech v celém genomu.[11]

SUT

Stabilní necharakterizované transkripty nebo stabilní anotované transkripty (SUT) mají určité podobné vlastnosti jako CUT - mohou pocházet z intergenní oblasti, jsou nekódující transkripty a podléhají cytoplazmatické degradaci 5 'až 3'. Stejně jako CUT, počáteční místa transkripce SUT se také nacházejí v oblastech bez nukleosomů[4] a jsou spojeny s promotory genů kódujících proteiny.[11] SUT však lze pozorovat u obou Δrrp6 mutanty a buňky divokého typu, což naznačuje, že jsou exosomem degradovány pouze částečně[19] a jsou schopni uniknout z dráhy Nrd1-Nab3-Sen1. SUT se místo toho primárně degradují kombinovanou aktivitou dekapovacích enzymů Dcp1, Dcp2 a cytoplazmatické exonukleázy Xrn1.[19]

Bylo zjištěno, že jedna třída SUT se účastní trans-umlčování retrotransposonu.

Interakce s histony

CUT represe

U kvasinkových modelů bylo pozorováno, že histon methyltransferáza Set2 je zásadní pro udržení správnosti methylace na histon 3 lysin 36 (H3K36). Ztráta funkce Set2 má za následek ztrátu methylace H3K36 a nadměrnou acetylaci na histonu H4, což umožňuje expresi několika krátkých kryptických transkriptů z genů STE11 a FLO8. V tomto případě ztráta Set2 umožňuje expresi CUT odvozených od exonu, na rozdíl od transkriptů odvozených od intergenů, což ukazuje úlohu, kterou hrají histony při kontrole CUT odvozených od intragenů.[20]

Při absenci transkripčních elongačních faktorů Spt6 a Spt16 se nukleosomy nesprávně distribuují po DNA, což umožňuje RNA polymeráza II získat přístup k místům kryptické polymerázy a chybně přepsat CUT.[20] Spt6 je zodpovědný za obnovení normální struktury chromatinu po transkripci z RNA polymerázy II a bylo zjištěno, že kvasinkové buňky s narušenou funkcí Spt6 produkují zvýšený počet CUT.[21] Například bylo pozorováno, že RNA polymeráza II se nesprávně váže na vnitřní iniciační oblast genu FLO8 u mutantů spt6, což umožňuje kryptickou transkripci kvůli chybné distribuci nukleosomů.[21]

Vystěhování / nábor histonů prostřednictvím CUT

Kryptický transkript lokalizovaný na promotoru PHO5, který je detekovatelný v Δrrp6 mutanti jsou zodpovědní za zvýšení rychlosti remodelace promotoru. Knokaut mutanti bez schopnosti přepsat CUT mají přibližně poloviční rychlost vylučování histonu z promotoru PHO5 ve srovnání s buňkami divokého typu,[7] z čehož vyplývá, že CUT je odpovědný za zprostředkování dostupnosti promotoru PHO5 pro RNA polymerázu II.

Bylo také pozorováno v S. cerevisiae že Δrrp6 a Δtrf4 mutanti potlačili transkripci genu PHO84. Δrrp6 a Δtrf4 buňky mají stabilizované hladiny antisense transkriptů PHO84, které slouží k náboru Hda1 / 2/3 histon deacetyláza komplex na gen PHO84, účinně umlčuje transkripci a expresi prostřednictvím histonové deacetylace. v Δrrp6 buňky, Hda1 se asociuje s promotorem nebo kódujícími oblastmi PHO84 až pětkrát častěji než u protějšků divokého typu. Navíc se histonová deacetylační aktivita vyskytuje specificky v oblasti PHO84 a Hda1 se překrývají s histonem 3 lysinem 18 (H3K18),[6] což naznačuje, že CUT je zodpovědný za nábor histonové deacetylázy. Spolu s antisense transkripty TY1 mohou antisense transkripty PHO84 sloužit potenciální regulační funkci v S. Cerevisiae.

VÝZVY

Předepsané transkripty promotoru (PROMPTs) se nacházejí kolem 1–1,5 kb upstream od člověka stránky zahájení transkripce v negenických oblastech.[22] Stejně jako CUT jsou PROMPTs formou nekódujících RNA, které jsou detekovatelné v nepřítomnosti degradujícího exosomového enzymu. PROMPTs byly nejprve identifikovány v siRNA umlčených lidských buňkách hRrp40, kde hRrp40 slouží jako základní podjednotka lidského exoribonukleotického exosomu. Bylo zjištěno, že oblasti kódující PROMPT produkují sense a antisense transkripty, které jsou obě stejně zaměřeny exosomem.

Z hlediska funkce byly ncRNA s domnělými regulačními funkcemi lokalizovány do potenciálních oblastí PROMPT.[22] Protože se ukázalo, že velká část lidského genomu je transkribována,[22] existence PROMPT pomáhá vysvětlit část nekódujících transkriptů, které jsou stále generovány.

Funkce

Ačkoli endogenní Interference RNA cesta uvnitř neexistuje S. cerevisiae, CUT a SUT mohou sloužit srovnatelné funkci. Byla pozorována podobnost mezi potlačením transponovatelný prvek TY1 v droždí a malá interferující RNA aktivita v rostlinách. U mutantů XRN1 počet transkriptů TY1 klesá a antisense transkripty TY1 se zvyšují. Tyto antisense transkripty TY1 snižují transkripční aktivitu TY1 trans a snižují jeho expresi,[5] s uvedením potenciální role CUT a SUT v roce 2006 epigenetika. Podobně exprese ncRNA SRG1 v S. Cerevisiae potlačuje transkripční aktivitu genu SER3 fosfoglycerátdehydrogenázy.[8]

Bylo také prokázáno, že rychle degradované antisense transkripty genu PHO84 rekrutují histon deacetylázu Hda1 do genu PHO84, což účinně potlačuje expresi PHO84.[6]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Thompson D, Parker R (2007). "Cytoplazmatický rozpad intergenních přepisů v Saccharomyces cerevisiae". Molekulární a buněčná biologie. 27 (1): 92–101. doi:10.1128 / MCB.01023-06. PMC  1800667. PMID  17074811.
  2. ^ A b C d E Berretta J, Morillon A (2009). „Pervazivní transkripce představuje novou úroveň regulace eukaryotického genomu“. Zprávy EMBO. 10 (9): 973–982. doi:10.1038 / embor.2009.181. PMC  2750061. PMID  19680288.
  3. ^ A b Davis CA, Ares M (2006). "Akumulace nestabilních transkriptů asociovaných s promotorem při ztrátě podjednotky jaderného exosomu Rrp6p v Saccharomyces cerevisiae". PNAS. 103 (9): 3262–3267. Bibcode:2006PNAS..103.3262D. doi:10.1073 / pnas.0507783103. PMC  1413877. PMID  16484372.
  4. ^ A b C d Xu Z; et al. (2009). „Obousměrné promotory generují všudypřítomnou transkripci v kvasinkách“. Příroda. 457 (7232): 1033–1037. Bibcode:2009 Natur.457.1033X. doi:10.1038 / nature07728. PMC  2766638. PMID  19169243.
  5. ^ A b Berretta J, Pinskaya M, Morillon A (2008). „Kryptický nestabilní transkript zprostředkovává transkripční trans-umlčování Ty1 retrotransposonu v S. cerevisiae“. Genes Dev. 22 (5): 615–626. doi:10,1101 / gad.458008. PMC  2259031. PMID  18316478.
  6. ^ A b C Camblong J; et al. (2007). "Antisense stabilizace RNA indukuje umlčení transkripčních genů prostřednictvím deacetylace histonem v S. cerevisiae". Buňka. 131 (4): 706–717. doi:10.1016 / j.cell.2007.09.014. PMID  18022365.
  7. ^ A b Uhler J, Hertel C, Svejstrup J (2007). "Role pro nekódující transkripci v aktivaci genu kvasinek PHO5". PNAS. 104 (19): 8011–8016. Bibcode:2007PNAS..104,8011U. doi:10.1073 / pnas.0702431104. PMC  1859995. PMID  17470801.
  8. ^ A b Martens J, Laprade L, Winston F (2004). „Intergenní transkripce je nutná k potlačení genu SER3 Saccharomyces cerevisiae“. Příroda. 429 (6991): 571–574. Bibcode:2004 Natur.429..571M. doi:10.1038 / nature02538. PMID  15175754.
  9. ^ A b C Wyers F; et al. (2005). "Cryptic Pol II Transcripts are Degraded by a Nuclear Quality Control Pathway Involving a New Poly (A) Polymerase". Buňka. 121 (5): 725–737. doi:10.1016 / j.cell.2005.04.030. PMID  15935759.
  10. ^ Johnson J; et al. (2005). „Tmavá hmota v genomu: důkazy o rozsáhlé transkripci detekované experimenty s mikromaticovými obklady“. Trendy v genetice. 21 (2): 93–102. doi:10.1016 / j.tig.2004.12.009. PMID  15661355.
  11. ^ A b C d Neil H; et al. (2009). „Rozšířené obousměrné promotory jsou hlavním zdrojem kryptických transkriptů v kvasinkách“. Příroda. 457 (7232): 1038–1042. Bibcode:2009Natur.457.1038N. doi:10.1038 / nature07747. PMID  19169244.
  12. ^ A b Vasiljeva L, Buratowski S (2006). „Nrd1 interaguje s jaderným exozomem pro 3 'zpracování transkriptů RNA polymerázy II“. Molekulární buňka. 21 (2): 239–248. doi:10.1016 / j.molcel.2005.11.028. PMID  16427013.
  13. ^ A b Houseley J, Tollervey D (2009). "Mnoho cest degradace RNA". Příroda. 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 (listopad 2013). "Sledování transkriptomu selektivním ukončením nekódující syntézy RNA". Buňka. 155 (5): 1075–87. doi:10.1016 / j.cell.2013.10.024. PMID  24210918.
  15. ^ Thiebaut M, Kisseleva-Romanova E, Rougemaille M, Boulay J, Libri D (září 2006). "Ukončení transkripce a nukleární degradace kryptických nestabilních transkriptů: role dráhy nrd1-nab3 v dohledu genomu". Mol Cell. 23 (6): 853–64. doi:10.1016 / j.molcel.2006.07.029. PMID  16973437.
  16. ^ Carroll; et al. (2004). "Identifikace cis prvků směřujících k ukončení kvasinek nepolyadenylovaných transkriptů snoRNA". Molekulární buněčná biologie. 24 (14): 6241–6252. doi:10.1128 / mcb.24.14.6241-6252.2004. PMC  434237. PMID  15226427.
  17. ^ Porrua O, Libri D (červenec 2013). "Bakteriální mechanismus pro ukončení transkripce helikázou Sen1p v nadějných kvasinkách". Nat Struct Mol Biol. 20 (7): 884–91. doi:10.1038 / nsmb.2592. PMID  23748379.
  18. ^ Wu L, Belasco S (2008). „Let Me Count the Ways: Mechanismy genové regulace pomocí miRNA a siRNA“. Molekulární buňka. 29 (1): 1–7. doi:10.1016 / j.molcel.2007.12.010. PMID  18206964.
  19. ^ A b Marquadt S, Hazelbaker D, Buratowski S (2011). „Výrazné cesty degradace RNA a 3 'rozšíření kvasinek nekódujících druhů RNA“. Transkripce. 2 (3): 145–154. doi:10,4161 / trns.2.3.16298. PMC  3149692. PMID  21826286.
  20. ^ A b Carrozza M; et al. (2005). "Methylace histonu H3 metodou Set2 řídí deacetylaci kódujících oblastí pomocí Rpd3S k potlačení rušivé intragenní transkripce". Buňka. 123 (4): 581–592. doi:10.1016 / j.cell.2005.10.023. PMID  16286007.
  21. ^ A b Kaplan C, Laprade L, Winston F (2003). "Faktory prodloužení transkripce potlačují iniciaci transkripce z kryptických stránek". Věda. 301 (5636): 1096–1099. Bibcode:2003Sci ... 301.1096K. doi:10.1126 / science.1087374. PMID  12934008.
  22. ^ A b C Preker P; et al. (2008). „Deplece exozomu RNA odhaluje transkripci před aktivními lidskými promotory“. Věda. 322 (5909): 1851–1854. Bibcode:2008Sci ... 322.1851P. doi:10.1126 / science.1164096. PMID  19056938.