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Nat Rev Genet:时光飞逝由于Pol II中断

日期:2013-08-01 00:00:00

跟随转录开始的真核RNA聚合酶II(Pol II)中断在不同的物种中成为一个普遍的基因调控机制,尽管在发育中的功能性作用的特征并不明显。对果蝇发育的新研究表明,Pol II中断是广泛存在的,并且对于原肠胚形成期间的同步基因表达是至关重要的。

为了分析在规范的身体计划轴期间的胚胎发育早期中的转录及Pol II中断,Saunders等人在产卵2到3小时后的果蝇胚胎中实施了总体的核不分段测序(GRO-seq)。GRO-seq利用高通量测序,从而识别从事全基因组Pol II转录的位置。编辑按照基因体中Pol II表现的碱基的转录活性或失活行进行的基因分类,同时还基于启动子上存在的额外Pol II的Pol II中断或非中断。他们发现,Pol II中断是广泛存在的,在55%的基因中发生,包括80%的转录活性基因。这些数值高于之前来自哺乳动物细胞系的评估,并且可能反映了发生在胚胎发育期间的大量转录重排。

接下来,编辑比较了两个时间点之间的GRO-seq数据,旨在搞清发育基因是否被Pol II中断释放所调整(通过改变连同Pol II启动子占用的相应变化的基因表达所推断)。编辑发现了路径间的变化性:前后和背腹模式路径中的大多数基因是由Pol II中断释放所调整的,而这大约仅仅发生在塞尔达转录因子的1/3基因标靶中。

在一项单独的研究中,Lagha等人测试了Pol II中断在发育基因中的功能价值。

通过在果蝇胚胎中使用定量显微镜,他们第一次分析了tup和pnr基因的感应动力学特征,它们与背部组织的规范有关。与pnr不同,tup已知能够被中断的Pol II调整,并且经历了在胚胎细胞中高度同步的快速感应。编辑设计了进入报告基因表达构成的pnr和tup上游序列的不同部分,并发现,启动子序列,而不是增强子序列,足以引导Pol II中断,并导致同步基因表达。

由于全基因组Pol II占用数据,编辑注意到Pol II占用在不同的基因之间以一种连续的模式发生着变化,因此之前认为基因“中断”或“非中断”可能过于简单了。实际上,在利用这些启动子中的6个来驱动一个报告基因后,他们指出,Pol II中断程度的渐变与转录的水平和同步性是相互关联的。

最终,编辑利用其中的两个启动子在蜗牛基因启动子中测试了Pol II中断的功能。在果蝇原肠胚形成期间,同步的蜗牛转录控制了约1,000个中胚层细胞内陷的协调。重要的是,用缺乏中断或具有较弱中断的启动子替代蜗牛启动子,导致了不同步的蜗牛表达以及严重的原肠胚形成缺陷。

测试Pol II中断在不同物种中的额外发育设置中的价值将是一件很有趣的事情。

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