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Science | 增强子参与转录暂停/释放, 一个精致的调控机制
发布时间:2017-09-16 10:04:44 | 浏览次数:


RNA聚合酶Pol II参与基因转录时,有时会暂停在启动子下游,即启动子近端Pol II暂停现象。来自美国西北大学的研究者早前已证明,negative elongation factor (NELF) DRB sensitivity-inducing factor (DSIF) 能阻止近端Pol II暂停,而Pol-II-associated factor 1 (PAF1) 能释放paused Pol II,继续转录延伸,合成RNA。最近,该课题组在Scicence上发表了他们对PAF1的最新研究成果。



1    PAF1通过什么调控paused Pol II 


增强子也能调控基因转录,PAF1有否可能通过增强子发挥作用?通过ChIP-seq,研究者证实PAF1能抑制增强子活性

通过ChIP-seq,将PAF1的分布与Pol II、几种组蛋白修饰作比较,发现PAF1上有活性增强子,被H3K27acH3K4me1修饰。


利用shPAF1敲降PAF1,再进行H3K27ac ChIP-seq分析,增强子的H3K27ac水平上升

 


2 这些增强子对邻近基因有何影响 


无论是在新生RNA组分还是成熟mRNA组分,离活性增强子80kb以内的基因都是上调最多的。 



3 PAF1调控的是转录起始、暂停释放还是延伸


通过metagene分析,研究者证实PAF1通过增强子调控暂停/释放

研究者对离活性 (G和稳定增强子 (H) 80kb以内的基因上的Pol II做了metagene分析,发现活性增强子附近的基因能释放paused Pol II,但没有诱导它启动。



4 增强子如何对暂停释放和启动子起作用


研究者利用CRISPR/Cas9技术敲除了增强子,再使用shPAF1敲降PAF1。经过ChIP-seq4C-seq分析,研究者证明增强子结合的PAF1是基因经过暂停释放而被激活所必需的。增强子激活后能促进paused Pol II的释放


利用CRISPR/Cas9技术尝试敲除增强子,最终了获得了IER5强子敲除克隆与SERPINE2增强子敲除克隆,进行ChIP-seq和GRO-seq分析鉴定。粉色框内为sgRNA靶向敲除的增强子区域。


增强子被敲除后,没有对启动子上的paused PolIIPAF1没有显著影响(灰色);但在没有PAF1的情况下,增强子的敲除使paused Pol II的释放现象大大减少(橙色),表明PAF1通过调节增强子活性,调控暂停/释放。


通过环状染色质构象捕获技术与高通量测序(4C-seq),研究者确认了SERPINE2启动子和它的增强子的直接相互作用。PAF1被敲除后,增强子与启动子的相互作用加强,促进paused Pol II的释放。



5 PAF1真的控制启动子近端暂停,还是充当多个共转录过程的平台


为了解答这个问题,研究者研究了PAF1热休克应答时调控暂停的动态变化。热休克反应是一个很好的模型,因为这个过程会增加几千个基因上paused Pol II,下调基因表达。实验证明,暂停和释放是PAF1依赖性的,是由邻近增强子的活性调控的

PAF1敲除细胞进行Pol IIH2K27acChIP-seq,发现遏制的增强子附近基因上的paused Pol II显著减少,且基因对应的增强子也被激活(B.C图)。


原文:F. X. Chen et alPAF1 regulation of promoter-proximal pause release via enhancer activation. Science. 31 Aug 2017.


Epi老师:让启动子暂停,又在适当的时候释放它们,对调控基因表达是很重要的。这项研究揭示了PAF1与增强子之间的关系,这个转录调控机制未来还有望开发成药物,比如找到PAF1调控暂停/释放这个过程的抑制剂、激活剂和增强子,或者这个机制发生异常是否会导致疾病。一切拭目以待。

 
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