《Rixosomal RNA degradation contributes to silencing of Polycomb target genes》
主要结论:
在体外培养的人类细胞中发现了一种新的基因沉默机制,该机制涉及一种含有七个亚基的蛋白质复合物(被称之为 Rixosome)对Nascent RNA 的降解。Polycomb复合物PRC1通过蛋白相互作用将Rixosome招募到启动子区域。从机制上讲,Rixosome 亚基之一LAS1L是核糖核酸内切酶,它可以切割由 RNA 聚合酶 II 新合成的RNA。切割的 Nascent 可以被另一个 Rixosome 亚基 NOL9 进一步磷酸化,它是一种 5'-末端 RNA 激酶。磷酸化的 5'-末端 RNA 可以被下游因子 XRN2(一种 5'-3' 外切核糖核酸酶)识别。XRN2 介导Nascent RNA 的快速和完全降解以及从 DNA 模板中释放 RNA Pol II。因此,Rixosome 通过Nascent RNA 降解和 RNA Pol II 释放来阻止基因转录表达,这揭示了教科书没有包括在内的基因表达调控的新机制。(>BioArt)
文献主要研究思路:
模型为human embryonic kidney (HEK 293FT) cells
1)用3×Flag–NOL9 and 3×Flag–WDR18 做Co-IP,发现共同有PRC1复合物成员RING1B,PRC2复合物成员EZH2,暗示rixbosome与H2AK119ub1或H3K27me3等染色质修饰相关;然后通过酵母双杂交系统证实rixbosome复合物的TEX10和PRC1的RING1B是两个复合物互作最重要的中间蛋白。
2)TEX10、MDN1、RING1B和许多组蛋白修饰的ChIP-seq看它们共同结合位点,证实有共同调控转录的位点;之后就是敲基因后再做ChIP-seq看是否会影响彼此调控转录位点;结果证实确实它们有共同的基因结合位点。
3)PRC1大多通过组蛋白修饰抑制基因转录,那rixbosome功能是否参与到PRC1的基因沉默功能?如果有,怎么实现?一般这种就是敲复合物基因后,看共同调控转录的基因表达变化。然后 PRO-seq证实:rixbosome存在,PRC1调控位点的基因产生新生RNA少,这里主要也是在敲基因和回补的细胞中进行比较。
4)然后就是明确rixbosome复合物降解新生RNA的过程,主要是从亚基功能出发。
知识点补充
(1)nascent RNA,新生RNA,可理解为正在转录或刚转录好的RNA。
富集nascent RNAs后测序的方法主要有三种:
(a)Run-on方法是利用一个限时脉冲的方法将修饰过的核糖核酸添加到细胞培养基中,对细胞的RNA进行标记;这一过程可以用使用各种修饰的核苷酸,如全局run-on测序(Global run-on sequencing, GRO-seq)与精确核酸run-on测序(Precision nuclear run-on sequencing, PRO-seq)是分别将Bru或生物素修饰的核酸在RNA的转录期整合到nascent RNA中来实现的,当修饰过的核苷酸整合到RNA后,利用抗BrU的抗体,通过IP的手段将nascent-RNA链富集起来,并用于文库制备以及测序分析。
(b)RNA聚合酶II(Pol II)的IP方法则是利用了微球菌核酸酶(micrococcal nuclease)消化了染色质后,使用相应的抗体拉下了与Pol II结合的RNA。在染色质消化过程中,nascent RNA通过其Pol II足迹保护而不受核酸酶活性的影响,并不会被降解。天然延长转录测序(native elongating transcription sequencing, NET-seq)和哺乳动物染色质天然转录测序法(native elongating transcript sequencing for mammalian chromatin, mNET-seq),
(c)代谢标记方法标记RNA的方法类似于Run-on方法,但前者使用的是核苷酸类似物硫代吡啶(4-thiouridine, 4 sU)。提取RNA后,烷基化4 sU,在逆转录过重中,就会产生G核苷酸的错配,从而通过在碱基对级分辨率的突变分析中直接确定4 sU的整合位点。这就限制了这种方法的灵敏度。通过专门针对RNAs的3’末端(仅最近拉RNA聚合酶的新转录的RNA)的方法,瞬时转录组测序(transient transcriptome sequence, TT-seq)与硫醇(SH, thiol)连接的烷基化RNA代谢测序(thiol(SH)-linked alkylation for metabolic sequencing of RNA, SLAM-seq)能够降低来源于5’RNA的信号。
(2)rixosome or RIX1 complex 降解RNA的复合物;ribosome核糖体
rixosome 复合物主要成分及功能:含有6个亚基,an RNA processing complex, composed of Rix1, Crb3, Grc3, Mdn1, Las1 and Ipi 1.This complex, which we propose to name the ‘rixosome’, is conserved from yeast to human, has well-characterized essential functions in ribosomal RNA (rRNA) processing
在酵母中,the rixosome associates with heterochromatin and is required for the spreading of histone H3 lysine 9 (H3K9) methylation into actively transcribed regions and epigenetic inheritance of heterochromatin4,34.
因此这篇文献的亮点在于:ChIP–seq signals for rixosome subunits (TEX10 and MDN1), a PRC1 subunit (RING1B), H2AK119ub1 and H3K27me3, but not H3K9me3 (Fig. 4d, Extended Data Fig. 6e–k).