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eRNA这个概念

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发表于 2017-5-1 21:02:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
2013年6月,加州大学圣地亚哥分校等机构的两项最新研究证实,一类相对较新的RNA分子具有重要的功能:调控“增强子控制RNAs”(enhancer-directed RNAs, eRNAs)有可能作为改变活细胞中基因表达的一条新途径,或许可以由此来影响许多疾病的形成,或改善疾病病状。相关研究论文均在线刊登在了近期的《自然》(Nature)杂志网络版上。

增强子是基因组中对邻近基因表达起促进或“增强”作用的 DNA 序列。它们“通常以一种细胞特异性形式起作用,在确立细胞身份及功能潜力中发挥重要作用。尽管科学家们发现增强子已超过 25 年,却仍在努力试图充分了解增强子功能的广度和复杂性,以及它们的作用机制。

2010 年,研究人员发现增强子操控了 RNA 在神经元和巨噬细胞中大规模表达。这些称之为 eRNAs 的 RNA,不同于其他类型的核非编码 RNAs,由此引发了人们对于它们在增强子功能中潜在作用的新疑问。而这两项发表在《Nature》的研究就试图解答其中的一些问题。

在第一项研究中,研究人员在小鼠巨噬细胞中研究了一对称作“Rev-Erb-alpha”和“Rev-Erb-beta”的相关转录抑制子。利用全基因组方法,他们发现在巨噬细胞中Rev-Erb蛋白主要通过结合增强子来抑制了基因表达,而从揭示了 Rev-Erbs 的抑制功能与它们抑制 eRNAs 生成的能力高度相关。

在第二项研究中,研究人员检测了人类乳腺癌细胞中的雌激素受体结合,以及它对于增强子转录的影响。与 Rev-Erbs 的抑制功能相反,雌激素受体(ERs)激活了基因表达;不过和 Rev-Erbs 一样,它们主要也是通过结合增强子来发挥功能。雌激素受体结合被证实与雌激素诱导基因附近的增强子控制 eRNAs 增高相关,并且雌激素受体结合发挥了激活编码靶基因的作用。(转载自生物通)

增强子(enhancer)是基因组中一类非常重要的基因表达调控元件。最近几年,有研究者发现增强子所转录产生的RNA(enhancer RNA,eRNA),并非之前所认为的转录噪音,反而具有重要调控作用。但目前为止,人们对eRNA产生机制依然知之甚少。2015年1月29日发布的Cell杂志报道了美国加州大学医学院关于eRNA的最新研究成果。
  这项研究中,研究者选择前列腺癌细胞LNCaP作为对象,主要希望了解DNA拓扑异构酶I(DNA topoisomerase I, TOP1)对eRNA产生的影响。在诱导物诱导条件下,研究者首先在全基因组范围内对TOP1进行了ChIP-Seq实验。结果发现TOP1主要在一些雌激素受体(androgen receptor,AR)结合区域结合,该区域还有H3K4me1和H3K27Ac组蛋白修饰。此后的GRO-Seq分析发现,LNCaP使用DHT处理1小时后,有644个AR增强子转录明显增强,超过70%的位点TOP1结合增加。使用siRNA敲除TOP1的话,增强子转录会下降接近80%。由于另一个受雌激素调控的转录因子NKX3.1会与TOP1互作,增强TOP1-DNA复合体形成,所以研究者又将TOP1和NKX3.1的ChIP-Seq数据进行了对比,结果发现二者在AR增强子上有明显的重合,这表明NKX3.1和TOP1是以互作的形式结合于一些受到DHT调控的增强子区域,且TOP1突变实验表明,TOP1的拓扑异构酶活性对于eRNA转录是必需的。

不过,由于TOP1还具有DNA内切酶活性,在NKX3.1与TOP1互作时,TOP1的DNA内切酶活性也上升,在DNA单链上切开一个切口。为了顺利进行转录,需要对这个切口进行修复。研究者又使用ChIP-Seq检测了两种DNA损伤修复复合体在增强子上的结合情况。最终确认,MRE11以及DDR两个DNA修复复合体需要在eRNA转录时结合在增强子上,以保证TOP1所产生的切口被修复。
  本项研究发现了eRNA合成与TOP1引起的DNA缺陷之间的关系,这种DNA切口也是精确定量控制eRNA转录的一种策略,通过此种策略,在控制eRNA的同时,也可以对雄性激素所引起的转录机制进行调控。
  相关文献:Puc J, Kozbial P, Li W, et al. Ligand-Dependent Enhancer Activation Regulated by Topoisomerase-I Activity[J]. Cell, 2015.

在细胞中,DNA经转录产生RNA,而RNA为细胞表达蛋白提供遗传指令。基因组的大部分经转录产生RNA,但是仅有一小部分RNA确实是来自基因组的蛋白编码区域。

美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院宾州表观遗传学研究所主任、细胞与发育生物学教授Shelley Berger博士说,“为什么非编码区域会发生转录?它们的功能是未知的。”

Berger、她的实验室博士后研究员Daniel Bose博士研究了增强子对基因表达的调节。增强子是基因组的非编码区域,与基因组的蛋白编码区域相隔较远。增强子提高附近的蛋白编码基因的表达率,因此细胞产生更多的所需的蛋白分子。非编码RNA的一小部分是神秘的增强子RNA(enhancer RNA, eRNA)。它们是由增强子序列经转录而产生的。尽管它们在促进基因表达时起着重要的作用,但是它们如何实现这一点是完全未知的。

为了获得关于这些神秘的eRNA的新认识,研究人员证实作为一种激活增强子转录的酶,CBP直接结合到eRNA上。这种简单的行为通过调节乙酰化而控制着有机体中的基因表达模式。乙酰化是一种指导在细胞核中紧密包裹的DNA松弛下来促进转录的化学标记。相关研究结果发表在2017年1月12日那期Cell期刊上,论文标题为“RNA Binding to CBP Stimulates Histone Acetylation and Transcription”。

Bose说,“我们体内的细胞具有相同的基因和DNA序列,仅在这些基因如何表达上存在差异。增强子和eRNA在这个过程中发挥着至关重要的作用。我们的研究发现了eRNA产生这些不同的基因表达模式的一个令人兴奋的新方式。我们想知道eRNA是否直接与CBP结合,结果发现它们确实如此。”

利用生化检测方法,他们证实CBP结合到eRNA上的区域也能够调节着CBP加入乙酰化化学标记的能力。通过结合到CBP的这个区域,eRNA能够直接地激活CBP的乙酰化活性。

Berger说,“在癌症生物学世界,人们对增强子和eRNA越来越关注,这是因为存在缺陷的增强子能够导致太多的或太少的蛋白表达,或者能够导致蛋白编码区关闭或启动,或者能够导致蛋白在错误的时间表达。”鉴于近期对人肿瘤进行的DNA测序结果表明与癌症和其他疾病相关的多种突变发生于基因组的增强子区域而不是蛋白编码区域,因此更多地了解增强子和eRNA如何发挥功能将有助于肿瘤学家。

Berger说,“事实上,这是比较重要的,这是因为我们证实eRNA在整个基因组中和体内指导蛋白表达中发挥着关键性作用。我们在全基因组中鉴定出eRNA是结合到CBP上的最为常见的RNA类型,而且鉴定出通过这种相互作用,eRNA在调节CBP活性和基因表达中发挥着一种至关重要的作用。






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