RNA聚合酶及其反义转录产物调控基因表达的研究

2008年Science上发表了几个独立研究小组在转录组上的研究进展,文章如下:

1. Core, L.J. et al. Nascent RNA sequencing reveals widespread pausing and divergent initiation at human promoters. Science 322, 1845–1848 (2008).

2. He, Y. et al. The antisense transcriptome of human cellsScience 322, 1855–1857 (2008).

3. Preker, P. et al. RNA exosome depletion reveals transcription upstream of active human promotersScience322, 1851–1854 (2008).

4. Seila, A.C. et al. Divergent transcription from active promotersScience 322, 1849–1851 (2008).

几个研究聚焦RNA聚合酶及其转录产物,以下进行专题阅读。

在转录过程中,由RNA聚合酶,模板和转录5'端首位核苷酸组成的转录前起始复合物是转录起始的第一步,基因转录受此过程的调控。在既往的研究中,Cornell University的Jhon Lis课题组发现果蝇体内存在一种RNA聚合酶,它在基因被激活前就已经与基因的启动子结合了,也就是说RNA聚合酶和DNA链的结合在转录开始前已经发生,该现象的发现使得Lis猜想道是否有些基因的转录调控过程发生在此过程中。

与此同时,University of California的Ren Bing课题组发现许多哺乳动物基因的启动子上本来就结合有RNA聚合酶。

接下来Lis对细胞内参与转录过程的RNA聚合酶进行全面的分析(GRO-seq),以望证明这些哺乳动物体内已经结合到DNA链上的聚合酶分子真能将DNA成功转录为RNA获得转录产物。结果发现,在原代人纤维细胞中,70%的基因具有转录活性,且有活性的基因大部分都是注释基因。


不仅如此,Lis在实验中发现了一个有趣的现象:细胞中累积了大量的反义转录产物。这些反义转录产物起始于基因启动子上游第250个碱基处,转录方向与基因相反。


Massachusetts Institute of Technology的Phil Sharp团队和Aarhus University的Torben Jensen团队都于同期Science上报道了细胞内这些起始于转录起始位点上游数百个碱基处的反义短链RNA分子的存在。

反义RNA是指与mRNA互补的RNA分子, 也包括与其它RNA互补的RNA分子。由于核糖体不能翻译双链的RNA,所以反义RNA与mRNA特异性的互补结合, 即抑制了该mRNA的翻译。

Johns Hopkins Kimmel Cancer Center的Nickolas Papadopoulos希望能对细胞内整个反义转录产物组(whole antisense transcriptome)有一个深入的了解。于是该团队采用亚硫酸氢盐测序法来鉴定RNA分子的序列,希望以此来判断每一个转录产物来自哪一段DNA片段。

重亚硫酸盐使DNA未发生甲基化的C脱氨基转变成U,而甲基化的C保持不变,行PCR扩增所需片段,则U全部转化成T。通过高通量测序的方法,未甲基化的C测到的是T碱基。而甲基化的C被测到的还是C。这样一个位置如果是“C”,就说明这个位置是被甲基化、或者羟甲基化了。如果测到的是“T”,就说明这个位置是没有被甲基化、或者羟甲基化。以此来判断是否CpG位点发生甲基化。

 Papadopoulos团队使用经过亚硫酸氢盐处理后的RNA分子的cDNA产物进行测序,发现反义转录产物来自于基因启动子和外显子附件区域,也就是说这些反义RNA并非随机转录而是有一定的规律和功能。此外,该团队还发现这种转录规律在5中不同的细胞之前存在差异:一种细胞的正义转录产物可能是另一种细胞内的反义转录产物,还有可能在另一种细胞内同时存在正义和反义两种转录产物,也就是说这些产物具有细胞特异性。

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