В последние несколько лет крупномасштабный анализ геномов мыши и человека показал, что только 20,000-25,000 генов ассоциированы с белок кодирующими генами. Согласно FANTOM3 (Carninci et al. 2005), 62% генома мыши транскрибируют 181,000 транскриптов. Эти крупные noncoding RNAs (ncRNAs) часто регулируются онтогенетически, иногда законсервированы и часто находятся по соседству с генами, предметами тонкого транскрипционного контроля. Очень небольшое меньшинство РНК ранее было описано, как катализирующие и структурные РНК, совершенно отличные от малых эффекторов RNAi пути (Cech 2009; Ghildiyal and Zamore 2009; Sharp 2009). Немногие были также охарактеризованы как транскрипционные каркасы (scaffolds), платформы, на которых белковые факторы могут рекрутироваться на хроматин (Cam et al. 2009; Moazed 2009). Однако огромное большинство этих транскриптов, которые находятся в пределах от 100 nucleotides (nt) до более 100 и являются , по-видимому, распространяющимися повсюду, не имеют очевидной функции. Некоторые являются антисмысловыми по отношению к известным белок-кодирующим генам (Katayama et al. 2005; He et al. 2008), тогда как др. возникают в промоторных регионах и в межгенных пространствах (Claverie 2005; Kapranov et al. 2007a,b; Guttman et al. 2009; Mercer et al. 2009). В пост-геномную эру захватывает воображение, почему столь много клеточной энергии затрачивается на продукцию РНК. Являются ли они просто подложными транскриптами - нерасчетливыми побочными продуктами геномной активности? Или они кодируют пригодную информацию и выполняют критические функции в эпигеноме epigenome?
Хотя сегодня очень модно исследовать "macro-RNAs," знания чудовищных РНК получены в основном при изучении необычного эпигенетического феномена геномного импринтинга (Sleutels and Barlow 2002; Edwards and Ferguson-Smith 2007; Wan and Bartolomei 2008) и X-chromosome inactivation (XCI) (Lyon 1961; Wutz 2003; Lucchesi et al. 2005; Masui and Heard 2006; Payer and Lee 2008). Открытие в 17-kb Xist РНК в 1991 отметило начало длительного очарования регуляторными ncRNAs в этой области (Borsani et al. 1991; Brown et al. 1991a, 1992; Brockdorff et al. 1992). Открытие второго транскрипта- в 40-kb Tsix антисмысловой РНК (Lee and Lu 1999; Lee et al. 1999a)- дало раннее понимание, что нетранслируемые РНК могут доминировать в регуляции XCI. Сегодня пара Xist и Tsix РНК служит в качестве примера для понимания смысловых-антисмысловых взаимоотношений у эукариот и дальнодействующего контроля хроматина. Вокруг "X-inactivation center" (Xic) (Brown et al. 1991b; Lee et al. 1996; Simmler et al. 1996; Willard 1996; Chureau et al. 2002) идентифицировано более семи разных локусов ncRNA и стало ясно, что Xist и Tsix не единственные обладают регуляторными свойствами. Со временем уникальные аспекты Xist и Tsix стали рассматривать как эволюционные отклонения -- возможно "X-centric" и имеющими отношение только к необычным эпигенетическим феноменам, таким как инактивация половых хромосом и импринтинг.
Авт. выдвигает модель участия ncRNA в контроле Х и выдвигает идею, что РНК выступают как молекулы выбора для локус-специфического и аллельного контроля.
Авт. предполагает, что ncRNA контролируют белки Polycomb несколькими способами: (1) RepA РНК сначала направляет PRC2 на Xic; (2) Xist РНК затем распределяет PRC2 вдоль будущей Xi; и (3) Tsix РНК блокирует эту жизненно важную активность на будущей Xa путем интерференции с функцией RepA-PRC2.
Одним из наиболее трудных вопросов в области Polycomb является вопрос, как комплексы рекрутируются на свои мишени предназначения. Идея, что РНК кофактор для белков PcG подозревается некоторое время, начиная с курьёзного наблюдения, что стабильность PcG комплексов может затрагиваться обработкой RNase (R Paro, pers. comm.). У Diosophila, PcG комплексы, как известно, содержат сиквенс-специфические ДНК-связывающие белки, такие как Zeste, Pipsqueak (PSQ) и Pho, которые могут быть мишенями для PcG комплексов в геноме (Ringrose and Paro 2004; Schwartz and Pirrotta 2008). Поскольку комплексы млекопитающих не обязательно ассоциируют с такими белками, то как же белки млекопитающих могут поставляться сиквенс-специфическими способом, представляет огромный интерес. Было предположено, что специфические ncRNA могут быть отсутствующей связью, которая направляет модификаторы хроматина на их геномную мишень.
Why long ncRNAs make excellent guides and tethers for cis regulation
На основании того факта, что длинные ncRNA остаются привязанными к своему родительскому локусу во время действия транскрипции, крупные РНК могут быть молекулами выбора для регуляторных систем благодаря их необходимости действовать в цис-положении. Члены протеома не могут быть отнесены к категории с такой функцией, т.к. память об аллельном происхождении всегад теряется как только мРНК выходит из ядра и транслируется в белок. Я полагаю, что такие ncRNAs необходимой длины, с 5' business концом, которые связывает белковые партнеры как только они синтезируются, а транскрипционно запаздывающий 3' конец, которые поэтому связывает РНК с хроматином посредством Pol II во время действия транскрипции (Fig. 7). В этом случае RepA и Xist РНК, вообще-то это неслучайность, что Repeat A мотив находится н настоящем 5' конце обеих молекул. Это делает возможным то, что РНК соединяются с PRC2 котранскрипционно и удерживают РНК-белковый комплекс на месте для его эксклюзивного цис-действия. Если РНК деградирует быстро, будучи транскрибированной - напр., за счет дестабилизации мотивов на 3' конце, которая будет происходить как только Pol II достигнет конца - затем РНК д.быть защищена от диффузии прочь с места синтеза.
Поскольку РНК врожденно сиквенс-специфическая и транскрибируется специфическим образом во время развития, то РНК д. быть также идеальным регулятором пространственной и временной специфичности во время развития. Транскрипционные факторы и ДНК-связывающие белки обычно взаимодействуют с целой сетью генов (напр., Oct4 соединяется с 8mer консенсусом, который, по-видимому, появляется многократно в геноме), и поэтому редко специфицирует одиночную локализацию в геноме. Напротив длинная ncRNA может идентифицировать уникальный адрес. Напр., Tsix и RepA РНК появляются только однажды в геноме и поэтому уникально позиционируются, чтобы привлекать специфические модификаторы хроматина в это место. Поистине при бесконечном количестве уникальных адресов, которые могут быть специфицированы за счет комбинации РНК длин и нуклеотидных перестановок (permutations), пространство последовательностей для long ncRNA транскриптома может в конечном итоге намного превосходить таковое протеома.
Здесь я описывают потенциал длинных транскриптов действовать как привязки и поводыри, которые рекрутируют модификаторы хроматина- и даже целые хромосомы (Bacher et al. 2006; Xu et al. 2006; Zhang et al. 2007)- чтобы специфицировать расположение в геноме. РНК обычно рассматриваются как переносчики информации, транслирующие генетический код в белковые последовательности. Идея РНК наведения, поднимает нуклеиновые кислоты от их традиционной роли мессенджеров по переносу информации от генотипа к фенотипу и помещает их на более динамическую арену перестройки эпигенома. Принципы РНК наведения не ограничиваются X. В самом деле недавно получены доказательства, что PRC2 ассоциирует или непосредственно или косвенно с др. ncRNAs, такими как HOTAIR (Rinn et al. 2007) или Kcnqt1ot1 (Pandey et al. 2008). Нет также причин, чтобы думать, что РНК наведение д. ограничиваться Polycomb комплексами. ChIP с использованием антител против G9a (Nagano et al. 2008) и Dnmt3a (Sun et al. 2006) также намекают на РНК в их комплексах, хотя ещё предстоит посмотреть, существуют ли прямые РНК-белковые взаимодействия или вместо этого РНК взаимодействуют с белками косвенно посредством подлежащего хроматина. В целом базирующийся на РНК механизм может рационально объяснить, как ограниченный набор модификаторов хроматина, которые часто лишены субъединиц с сиквенс-специфической ДНК-связывающей активностью, но необычайно обладают предположительно РНК-связывающими доменами (Denisenko et al. 1998; Bernstein and Allis 2005; Bernstein et al. 2006), они могли бы управлять геномом млекопитающих пространственно и во времени уникальным способом.
Эти уникальные свойства длинных ncRNA могут объяснить, почему эволюция за счет белок-кодирующих генов помещает столь многие ncRNA гены в Xic. Кажется возможным, что стратегии, используемые X д. стать повторяющимися темами для всего эпигенома, т.к. в самом деле межхромосомные взаимодействия не ограничиваются X (LaSalle and Lalande 1996; Spilianakis et al. 2005; Lomvardas et al. 2006), многие аутосомные гены, как известно, обладают антисмысловыми партнерами (Katayama et al. 2005; He et al. 2008), и большое число длинных ncRNAs открыто по всему геному (Claverie 2005; Kapranov et al. 2007a,b; Guttman et al. 2009; Mercer et al. 2009). Даже внутри Xic, полностью способности ncRNA's ещё не выявлены, т.к. большинство из 7 известны ncRNA локусов всё ещё не изучено. Возможно, что длинные ncRNAs в конечном итоге будут соперничать с малыми РНК и белками. Благодаря их уникальной способности функционировать в цис и их врожденной команде из крупных пространственных последовательностей, длинные ncRNA могут представлять собой молекулы выбора для многих задач, предоставляемых эпигенетической регуляцией.
Сайт создан в системе
uCoz