Посещений:
АНТИ-СМЫСЛОВАЯ ТРАНСКРИПЦИЯ



Влияние на смысловую транскрипцию

Antisense transcription-dependent chromatin signature modulates sense transcript dynamics
Thomas Brown, Francoise S Howe, Struan C Murray et al.
Molecular Systems Biology (2018) 14, e8007 DOI 10.15252/msb.20178007|



Quantitative RNA-FISH experiments in combination with a stochastic model of transcription reveal that antisense transcription disrupts the activity of the Set3 lysine deacetylase, thus altering the rates of sense transcript production, processing and stability.

Транскрипция генома не ограничивается только транскрипцией генов. Транскрипция является универсальным проникающим повсюду и перемежающимся процессом, при котором событие транскрипции инициируется с регуляторных последовательностей, таких как энхансеры, по-разному с промотора гена и с анти-смысловой нити гена (Tisseur et al, 2011; Lam et al, 2014; Mellor et al,2016; Murray & Mellor, 2016). Зарождающиеся транскрипты на энхансерах или около промоторов могут быть использованы, чтобы рекрутировать (Battaglia et al, 2017) и активировать (Bose et al, 2017) эпигенетические модификаторы, ассоциированные с хроматином, и чтобы активировать соседние гены специфическим от типа клеток способом (Werner et al, 2017). Это может объяснить, почему некоторые модификации хроматина появляются после инициации транскрипции (Howe et al, 2017). Помимо транскриптов, сопутствующие транскрипции процессы также влияют на модификации хроматина в геноме. Транскрипция многих не-кодирующих транскриптов использует форму RNA polymerase II (RNAPII), которая ограничена (depleted) по законсервированным свойствам, обычно связанными с эффективной элонгацией транскрипции, включая фосфорилирование serine 2 C-terminal domain (CTD) на самой крупной субъединице RNAPII, H3K36 methyltransferase Set2 и фактор элонгации Paf1 (Murray et al, 2015; Fischl et al, 2017). Один такой класс не-кодирующих транскриптов содержит зарождающиеся транскрипты, транскрибируемые с анти-смысловой нити гена, которые часто быстро деградируют с помощью экзонуклеаз (He et al, 2008; Neil et al, 2009; van Dijk et al, 2011). Хотя анти-смысловая транскрипция внутри генов является присущим свойством эукариотического генома (Mellor et al, 2016), неизвестно, является ли это побочным продуктом транскрипции гена, или это последствия анти-смысловой транскрипции и если так, то является ли этот процесс законсервированным среди видов. Много усилий было потрачено, чтобы определить функции, ассоциированные с анти-смысловой транскрипцией. Для небольшого количества генов дрожжей смысловая и анти-смысловая транскрипция, по-видимому, супрессируют одна др. и/или регулируются реципрокно (Hongay et al, 2006; Camblong et al, 2007; Houseley et al, 2008; Castelnuovo et al, 2013). Однако, не существуют явные глобальные взаимоотношения между смысловой и анти-смысловой транскрипцией на уровне одного и того же гена и не скоррелированы в геноме позитивно или негативно (Murray et al, 2015) , а недавнее исследование показало, что на уровне белка экспрессия гена не затрагивается пониженными уровнями анти-смысловой транскрипции в большинстве из 162 изученных генов (Huber et al, 2016).
Как анти-смысловая транскрипция часто осуществляется на смысловом промоторе ассоциированного гена (Xu et al, 2011; Mayer et al, 2015) и, по-видимому, не происходит одновременно со смысловой транскрипцией (Castelnuovo et al, 2013; Nguyen et al, 2014), поэтому прежде мы полагали, что RNAPII для анти-смысловой транскрипции может косвенно влиять на смысловую транскрипцию путем модулирования хроматинового окружения вблизи смыслового промотора. Тогда один раунд анти=смысловой транскрипции мог бы быть достаточным, чтобы изменить (leave) эпигенетическую сигнатуру и повлиять на смысловую транскрипцию. Мы идентифицировали у дрожжей хроматиновую сигнатуру на смысловом промоторе и раннем кодирующем регионе уникальных генов с высокими уровнями анти-смысловой транскрипции: высокие уровни присутствия нуклеосом, приводящие к уменьшению nucleosome-depleted region (NDR), высокий уровень ацетилирования гистона H3 по лизину и оборот гистона, но низкие уровни триметилирования гистона H3 по лизину 36 (H3K36me3), уровни H3K79me3 и H2BK123 моно-убиквитинирования среди прочего (Murray et al, 2015). Некоторые из этих признаков, как было установлено, ассоциируют с анти-смысловой транскрипцией у млекопитающих (Lavender et al, 2016). Консервация свойств хроматина, ассоциированных с анти-смысловой транскрипцией, у дрожжей и млекопитающих позволяет нам переносить данные, полученные на дрожжах о механистических последствиях анти-смысловой транскрипции, более широко. Здесь мы задались вопросом том, как анти-смысловая транскрипция влияет на смысловую транскрипцию, используя стохастическую модель транскрипции и количественные данные подхода с одиночными молекулами, RNA fluorescencein situ hybridization (RNA-FISH). Это позволило лучше понять эффекты анти-смысловой транскрипции на динамику продукции и процессинга смысловых транскриптов на уровне индивидуальных клеток. Мы смоделировали RNA-FISH данные, полученные на искусственно преобразованных конструкциях, экспрессирующих высокие и низкие уровни анти-смысловой транскрипции, но при одном и том же уровне смысловой транскрипции, воспроизводя тем самым обычно описываемую ситуацию, когда анти-смысловая транскрипция оказывает незначительный эффект на устойчивые уровни транскриптов. Мы показали, что анти-смысловая транскрипция снижает скорости продукции и преобразования транскриптов, тогда как увеличивается стабильность транскриптов и, что важно, эти изменения в динамике транскрипции обнаруживают непосредственное влияние со стороны сигнатуры хроматина, зависимой от анти-смысловой транскрипции. Поскольку мы также установили удивительную законсервированную архитектуру хроматина вокруг смыслового промотора и рано транскрибируемого региона генов дрожжей и людей с анти-смысловой транскрипцией, несмотря на существенные отличия в размере генов, мы полагаем. что эффект анти-смысловой транскрипции, скорее всего, законсервирован для генов дрожжей и людей.
Итак, анти-смысловая транскрипция широко распространена. Мы задались вопросом, действительно ли сигнатура связана с биологической функцией анти-смысловой транскрипции. Используя количественный RNA-FISH, мы наблюдали изменения в уровнях распределения смысловых транскриптов в ядрах и цитоплазме. Чтобы определить механистические различия, лежащие в основе этих распределений, мы разработали математическую конструкцию, описывающую транскрипцию от инициации до деградации. В случае GAL1, высокие уровни анти-смысловой транскрипции изменяли динамику смысловой транскрипции, снижая скорость продукции и преобразования транскриптов, в то же время повышая стабильность транскриптов. Подобные взаимоотношения наблюдались и при геномных ассоциациях. Обнаружение ассоциированной с анти-смысловой транскрипцией хроматиновых сигнатур, благодаря нарушению активности гистоновой деацетилазы Set3C, достаточно для обнаружения сходных изменений величин даже в отсутствие анти-смысловой транскрипции. Т.о., анти-смысловая транскрипция влияет на динамику смысловой транскрипции зависимым от хроматина способом.
  • A conserved antisense transcription?dependent chromatin architecture is identified near promoters.
  • Antisense transcription alters sense transcription dynamics and transcript stability.
  • Antisense transcription functions in a chromatin?dependent manner.
  • Increased acetylation by set3? mimics high antisense transcriptional dynamics.