معلومة

المشغلين والمعززات / كاتمات الصوت

المشغلين والمعززات / كاتمات الصوت


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تحتوي ويكيبيديا على صورتين ، لجين حقيقي النواة وجين بدائية النواة. لقد أظهروا الفرق في أن الجين بدائية النواة له أيضًا عامل بينما الجين حقيقيات النواة لا يفعل ذلك. يحتوي كلاهما أيضًا على معززات وكواتم صوت بشكل منفصل. اعتقدت أن المعززات وكواتم الصوت كانت أنواعًا من المشغلين. هل هذا خطأ؟


المعززات وكواتم الصوت عبارة عن تسلسلات ملزمة لمنشطات النسخ أو المثبطات ، وفي هذه الحالة غالبًا ما يقع التسلسل على مسافة ما في اتجاه مجرى النهر أو أسفله من الجين الذي ينظمه. انظر تنظيم النسخ للحصول على معلومات حول كيفية تفاعلها مع الجينات المستهدفة (من خلال ثني الحمض النووي ، الوسيط ، إلخ). ملاحظة حول المعززات وكواتم الصوت ، مع ذلك ، ليست بالضرورة مطلوب للنسخ: تساعد الجين في الحصول على تنظيم قوي للنسخ التصاعدي أو السفلي.

من ناحية أخرى ، يؤثر المشغل على ما إذا كان المروج سيفعل شيئًا أم لا شيء. إذا كنا نتحدث عن أنظمة محفزة ، فإن المكثف مرتبط بالمشغل ، ويمنع الإجراء من / إلى المروج (المحفز سيربط المكبِّر ويمنع المشغل من منع المروج). إذا كنا نتحدث عن نظام قابل للقمع ، فسيحتاج القامع إلى أداة ضغط لإلزام المشغل بإلغاء النسخ عن طريق منع الإجراء من / إلى المروج.


9.7: البصمة

  • بمساهمة من جون دبليو كيمبال
  • أستاذ (متقاعد) في جامعة تافتس وأمبير هارفارد

البصمة هي طريقة لتحديد تسلسل الحمض النووي الدقيق الذي يرتبط به بروتين معين ملزم للحمض النووي. أمثلة:

  • معقدات مستقبلات الهرمونات التي ترتبط بعناصر الاستجابة الهرمونية
  • عوامل النسخ التي تربط مشغلي حقيقيات النوى والمعززات وكواتم الصوت
  • ال القامع لاك الذي يغلق لاك أوبرون في بكتريا قولونية
  • استنساخ قطعة من الحمض النووي تحتوي على موقع المشغل الذي يرتبط به الكابت.
  • قم بتسمية أحد طرفي جزيئات الحمض النووي بجزيء مشع ، على سبيل المثال المشعة ATP.
  • هضم الحمض النووي مع DNase أنا.
    • يقطع DNase I جزيئات الحمض النووي بشكل عشوائي (على عكس إنزيمات التقييد التي تقطع مكان العثور على تسلسل معين)
    • اختر ظروفًا لطيفة بحيث يتم قطع معظم الجزيئات مرة واحدة فقط.

    مقدمة

    يشفر التنظيم الخطي المعقد [1] للعديد من جينومات الميتازوان التسلسلات التنظيمية التي يمكن تصنيفها إلى مجموعتين رئيسيتين: المعززات وكواتم الصوت. المعززات عبارة عن زخارف قصيرة تحتوي على مواقع ربط لعوامل النسخ ، حيث تقوم بتنشيط جيناتها المستهدفة دون النظر إلى الاتجاه ، وغالبًا ما تكون فوق عمليات الفصل الكبيرة في رابطة الدول المستقلة أو في عبر[2]. تقوم كاتمات الصوت بقمع التعبير الجيني [3] و / أو تحصره ضمن حدود كروماتين معينة (وبالتالي تسمى أيضًا "العوازل") [4]. التفاعل بين هذه العناصر التنظيمية المتناقضة ومحفزاتها المستهدفة والتعديلات اللاجينية على جميع مستويات التنظيم ثلاثي الأبعاد (أي النيوكليوزومات وألياف الكروماتين والحلقات والورد والكروموسومات وموقع الكروموسوم) [5-9] صقل التعبير أثناء التنمية والتمايز. ومع ذلك ، فإن الآليات التي ينطوي عليها هذا التفاعل لا تزال بعيدة المنال ، على الرغم من أن بعضها يمكن التنبؤ به حسابيًا [10]. على الرغم من أن المعززات وكواتم الصوت لها تأثيرات معاكسة على ما يبدو ، إلا أن الأدلة المتراكمة تشير إلى أنها تشترك في خصائص أكثر مما يوحي به الحدس [11]. هنا نحاول التوفيق بين أساليب عملهم المتباينة ظاهريًا. نقترح عليهم أن يتصرفوا عن طريق ربط المروجين المستهدفين بالقرب من النقاط الساخنة للنسخ nucleoplasmic (المعروفة باسم "مصانع النسخ") أو البعيدة عنها لأنها تنتج نسخًا غير مشفرة (ncRNAs) [12-15].

    معززات

    تم تمييز المعززات منذ ما يقرب من 30 عامًا [16] ، لكن تعريفاتها الوظيفية تختلف بسبب مرونة عملها (سواء في رابطة الدول المستقلة أو في عبر) [17 ، 18] ، الموضع (التوجه النسبي و / أو المسافة) والموقع الجينومي (في الصحاري الجينية ، الإنترونات و / أو المناطق غير المترجمة) [2]. على الرغم من أن الحفظ المتسلسل بين الأنواع يمكن ، في بعض الحالات ، أن يكون مؤشراً فعالاً لهوية المُحسِّن ، إلا أن هناك أمثلة تعتمد فيها الجينات ذات أنماط التعبير المتطابقة في الأنواع المختلفة على معززات لا تحمل أي تشابه [19]. ومع ذلك ، ففي داخل جينوم واحد ، توفر الحساسية لـ DNase I والتعديلات المميزة لذيول الهيستون وسيلة أكثر موثوقية لتحديد الهوية. تشغل عادة ما يقرب من 200 نقطة أساس من الكروماتين "المفتوح" (مما يجعلها حساسة للدناز) [20] ، وتحيط بها مناطق غنية باللايسين الأحادي و / أو ثنائي الميثيل 4 من هيستون H3 (H3K4me1 / H3K4me2) والليسين الأسيتيل 27 من هيستون H3 (H3K27ac) وبشكل عام ربط p300 [21]. بذلت محاولات لتصنيف المعززات إلى فئات فرعية يتم استخدامها بشكل مختلف أثناء التطوير. تسمح المقارنة بين الخلايا الجذعية الجنينية للفأر (ES) ومشتقاتها المتمايزة وخلايا الفئران المتمايزة نهائيًا بالتمييز بين المعززات "النشطة" و "المتوسطة" و "المتوازنة" (تُستخدم هنا علامات إضافية ، على سبيل المثال ، H3K27me3 أو H3K36me3) [21] . غالبًا ما تكون امتدادات الحمض النووي التي يمكن الوصول إليها مرتبطة (وبالتالي يمكن تحديدها) بواسطة acetyltransferase p300 ، والوحدات الفرعية الوسيطة ، وبروتين ربط الحمض النووي لـ chromodomain Helicase 7 ، و cohesin و / أو عامل ربط CCCTC (CTCF) [21 ، 22]. الأهم من ذلك ، تتميز المعززات الكنسية بوجود بوليميريز RNA المرتبط II (RNAPII) [23 ، 24].

    يتم توفير المثال الأول والأكثر دراسة لتنظيم الجينات بواسطة مُحسِّن بواسطة موضع β-globin هنا ، تقع منطقة التحكم في الموضع (LCR) من 40 إلى 60 كيلو بايت في اتجاه المنبع من المروج الذي ينظمه. يتفاعل الاثنان عندما تشكل ألياف الكروماتين حلقات جديدة ، أو تعيد ترتيب الحلقات الموجودة مسبقًا [17 ، 25]. كل الآخرين رابطة الدول المستقلة- العناصر التنظيمية في هذا المكان هي أيضًا على مسافة قريبة ، حيث تشكل "محور كروماتين نشط" [12 ، 26]. ينشأ محور الكروماتين النشط ، كما هو محدد في نموذج موضع β-globin ، من التجميع ثلاثي الأبعاد للمواقع شديدة الحساسية للحمض النووي ، ويعتمد على تفاعلات بروتين DNA محددة ويجمع جميع المكونات الأساسية لتنشيط النسخ [17]. وبالمثل ، في دراسة شاملة لموضع الغلوبولين المناعي الثقيل السلسلة [6] (والعديد من المواقع الأخرى) ، تم إعادة ترتيب العديد من الحلقات الموجودة مسبقًا والعناصر التنظيمية المتصلة لتشكيل حلقات جديدة تتفاعل عند التنشيط. من الواضح أن معظم هذه المطابقات (وفي الواقع الأكثر مشاهدة باستخدام التقاط التشكل الكروموسوم (3C)) تتعلق بمجموعة من الخلايا ولن يتم صقلها حتى يتم تطوير الخلية المفردة 3C وتنفيذها.

    تُنسخ المُحسِّنات إلى RNAs (eRNAs) التي لا تشفر البروتينات ، وتعمل بطول تسلسل المُحسِّن ويبدو أنها تعمل على استقرار تفاعلات المُحسِّن والمُحفِّز [11 ، 24 ، 27-29]. eRNAs المستمدة من عناصر أعلى المنبع من قوس المروج يعتمد على نشاط هذا المروج ، حيث أن إزالة المحفز يلغي إنتاج الحمض النووي الريبي [28]. لا يزال يتم إنتاج ncRNAs المرتبطة بـ β-globin في غياب محفز β-globin [28 ، 30 ، 31]. ومع ذلك ، لا يزال يتعين تحديد معدل تسليم الحمض النووي الريبي ، والآلية الدقيقة التي تعمل بها ووفرة هذه الجزيئات (بالنسبة إلى الرنا المرسال الذي تنظمه).

    تم العثور على فئة إضافية من ncRNAs أطول من 200 نيوكليوتيد (ncRNAs طويلة بين الجينات (lincRNAs)) في مسح للنصوص البشرية ، وبعضها أظهر وظيفة مُحسِّن [27]. في خلايا بشرية مختلفة ، تم تحديد أكثر من 3000 lincRNAs [32 ، 33]. يبدو أن بعضها ضروري لتنشيط محفز ثيميدين كيناز ، وكذلك للتعبير عن جينات ترميز البروتين المجاورة (على الرغم من أنها لا تعمل جميعها مثل حسن النية معززات) [34]. على سبيل المثال، نقطة مهمة (نسخة lincRNA من 5 'نهاية HOXA locus) ينسق تفعيل عدة HOXA يجلب حلقات الكروماتين الجينات نقطة مهمة قريبة من أهدافها ، وهذا يقود H3K4 ثلاثي الميثيل والنسخ [35].

    كاتمات الصوت

    في الطرف المقابل وظيفية تكمن كاتمات الصوت. تمنع التعبير الجيني أثناء التمايز والتقدم خلال دورة الخلية [36]. يرتبط هذا مرة أخرى بإنتاج الحمض النووي الريبي (في بعض الحالات ، من خلال توليد مضاعفات الحمض النووي الريبي التي تكمن وراء مثيلة الحمض النووي في المحفز [37 ، 38]).

    تدعم الأدلة المتراكمة دورًا عامًا وواسعًا لكل من جزيئات الحمض النووي الريبي الطويلة والقصيرة في تثبيط النسخ. RNAs Antigene (agRNAs) عبارة عن رنا صغيرة تستهدف المحفزات ومناطق المصب [37]. التعبير عن الجينات التي تشفر البروجسترون ، والبروتين الدهني منخفض الكثافة ، ومستقبلات الأندروجين ، وانزيمات الأكسدة الحلقية -2 ، وبروتين القبو الرئيسي وهنتنغتين ، تُثبط بواسطة agRNAs [37 ، 39]. وبالمثل ، فإن miRNAs ، التي يبلغ طولها من 20 إلى 22 نيوكليوتيدًا ، تنظم التعبير الجيني بعد النسخ [40] ، وقد تعمل أيضًا على مستوى بدء النسخ أو الاستطالة. يتم دعم هذا الآن من خلال التسلسل العميق لمكتبات الحمض النووي الريبي النووية والهيولي الصغيرة ، حيث تتمركز غالبية الجزيئات المجهرية الناضجة في النواة (وليس فقط في السيتوبلازم) [41]. على سبيل المثال ، يؤدي إدخال محاكيات ميرنا التي تستهدف محفز جينات البروجسترون إلى تقليل شغل RNAPII. كما أنه يزيد من مستويات H3K9me2 بطريقة تعتمد على Argonaute 2 (Ago-2) ويؤدي إلى إسكات الجينات [42]. لاحظ أن الجزيئات المجهرية الناضجة في النواة يمكن أن تعمل أيضًا كـ "معززات" [43].

    تعتمد مجمعات Polycomb PRC1 و PRC2 على النصوص غير المشفرة من العناصر الصامتة للتجنيد إلى المواقع المستهدفة. تتوفر مجموعة من الأمثلة: على سبيل المثال ، القمع في رابطة الدول المستقلة في CD4 + T- الخلايا والخلايا الجذعية الجنينية (حيث يقوم ثلاثي الميثيل H3K27 المحفز بواسطة PRC2 بتجنيد PRC1 لمنع إعادة تشكيل الكروماتين للمواضع المستهدفة [44]) و PRC2-هواء حار التفاعل (حيث يتم إنتاج النصوص من XOXC مكان إقامة القمع XOXD[33]). في خلايا سرطان الثدي البشرية ، الإفراط في التعبير عن هواء حار ينتج عنه ارتباط غير شرعي لـ PRC2 مع أكثر من 850 هدفًا ، والتي يتم إسكاتها بدورها [45]. علاوة على ذلك ، في السلسلة المدروسة جيدًا لتعطيل كروموسوم X ، فإن ncRNA زيست يربط PRC2 ، والذي بدوره يقود H3K27 ثلاثي الميثيل [46 ، 47] وانتشار ارتباط PRC1 بمواقع متعددة على طول الأليل الصامت [48]. هنا يعتبر التشكل ثلاثي الأبعاد أيضًا مهمًا لإسكات فعال وينتج عنه ضغط الكروماتين و / أو إعادة ترتيب [49]. ومع ذلك ، يمكن تغيير هذا التوازن عن طريق طرد بروتينات Polycomb لاستعادة الحالة النشطة [47].

    عوازل

    المجالات المستقلة وظيفيًا مدمجة على طول ألياف الكروماتين ، وتحتاج إلى عزلها عن جيرانها لمنع عمل المعززات وكواتم الصوت غير ذات الصلة. تؤدي هذه المهمة عازل أو عناصر حدودية. يمكن تصنيفها أيضًا على أنها حاصرات محسنات (عندما يكون العازل بين محفز ومحسن مشابه) وحواجز (عند وضعه بين محفز وكاتم صوت) [50]. تغيير أو حذف العوازل يغير نمط التعبير الجيني ويؤدي إلى عيوب في النمو [51].

    لقد تم اقتراح أن العوازل تطورت من فئة من المحفزات التي تربط مجموعة فرعية معينة من عوامل النسخ التي تدفع إعادة تشكيل الكروماتين والتفاعلات طويلة المدى [11]. يتم تمييز العديد من خلال فرط الحساسية DNase I [52] و / أو وجود RNAPII منضم. على وجه التحديد ، في ذبابة الفاكهة هوكس مجموعة الجينات ، البوليميرات المتوقفة ، بالاقتران مع عوامل الاستطالة DISF و NELF ، تعزل أربعة من ثمانية محفزات عن هوكس المعززات ، وهذا يرتبط بإعادة ترتيب و / أو من جديد تشكيل حلقات الكروماتين [53].

    ربما يكون البروتين الأكثر وفرة المرتبط بنشاط العازل هو CTCF. في المثال المدروس جيدًا لـ Igf2-H19 موضع مطبوع ، يمنع CTCF تنشيط الأم إيغف 2 أليل بواسطة محسن بعيد. عندما يفقد موقع الارتباط المشابه له ، يتم إعادة تنشيط الجين [54]. ومع ذلك ، في هذا الموضع ، يعتبر CTCF منظمًا إيجابيًا لـ H19 الجين [45]. علاوة على ذلك ، يتوسط CTCF معزز - مروج ، عازل - عازل وتفاعلات معزز عازل [11]. يتم تنظيم وظيفة عازل CTCF بواسطة التماسكات [55 ، 56]. تتطابق مواقع الارتباط الخاصة بكل منها في أنواع مختلفة من الخلايا ، بما في ذلك IL-3 ومواقع عامل تحفيز مستعمرة الخلايا الضامة المحببة [57] ، بالإضافة إلى الرينين, ETNK2[58], CFTR[50 ، 52] و ج- ميك الجينات [59].

    ومع ذلك ، فإن مزدوج CTCF-cohesin يتميز بنوع واحد فقط من العازل أو الحدود. في رسم خرائط شامل لمثل هذا ذبابة الفاكهة تم استخدام العناصر ، والعوامل الإضافية ، مثل العامل المرتبط بالعنصر الحدودي ، GAGA و CP190 ، لتحديد وتصنيف حدود المجال [60]. مرة أخرى ، تميز فرط الحساسية لـ DNase I العديد من هذه العناصر ، وتوجد أمثلة حيث تكون وظيفتها معتمدة على Ago-2 (وبالتالي تعتمد على النسخ ، ولكنها مستقلة عن RNAi) [61].

    عارضة

    تم اقتراح النماذج الأربعة التالية لوصف تنظيم الجينات بواسطة المعززات (الشكل 1). (1) وفقًا لنموذج التتبع ، يتم تحميل البروتين على المحسن ويتتبع على طول ألياف الكروماتين نحو المحفز ، حيث يحفز النسخ [62]. (2) يتشابه نموذج الربط ، ولكن هنا يؤدي البروتين المحمّل إلى بلمرة البروتينات في اتجاه المحفز [63]. (3) في نموذج إعادة التوطين ، ينتقل الجين المعين إلى أجزاء في النواة حيث تُفضل تفاعلات المُحسِّن والمُحفز (وكذلك النسخ) [64 ، 65]. (4) يتنبأ نموذج الحلقات (الذي يشترك في الميزات مع نموذج إعادة التوطين) بوجود اتصال مباشر بين مُحسِّن ومُعزِّز ذي صلة يقطع الحمض النووي المتداخل [12 ، 65 ، 66] وبالتالي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالجينوم ثلاثي الأبعاد العمارة [1 ، 7 ، 65]. بعد ذلك ، تتفاعل المنشطات المرتبطة بالمُحسِّن مع المركب الوسيط ، الذي يجند RNAPII وعوامل النسخ العامة للمُحفِّز [34 ، 67]. يُفضل هذا النموذج الأخير الآن ، لأنه يشرح بسهولة تفاعلات المُحسِّن والمُروِّج في عبر[18 ، 68] ويدعمها ثروة من البيانات التجريبية المستمدة من 3C [69] والنمذجة [1 ، 6-10 ، 15].

    النماذج الحالية لوظيفة المعززات. تم وصف النماذج الأربعة الحالية التي تصف تنظيم الجينات بواسطة المعززات. (أ) نموذج التتبع ، حيث يتم تحميل عامل النسخ (مسدس أرجواني) على المُحسِّن ويتتبع طول ألياف الكروماتين باتجاه المروج ، حيث يحفز النسخ من خلال الارتباط بالبوليميراز (البيضاوي الوردي). (ب) نموذج الربط ، حيث يقود عامل النسخ المحمل بلمرة البروتينات في اتجاه المروج. (ج) نموذج إعادة التوطين ، حيث ينتقل الجين إلى الأجزاء الفرعية النووية (الهالة الوردية) لصالح تفاعلات المحسن والمحفز ، وبالتالي النسخ. (د) نموذج الحلقات ، حيث يقترب المحسن من المحفز ذي الصلة بسبب تفاعلات البروتين والبروتين. يؤدي هذا إلى إخراج الكروماتين المتداخل ويطلق تنشيط النسخ.

    وبالمثل ، من بين النماذج الرئيسية الثلاثة المقترحة لوظيفة العازل (حواجز الطريق ، والحوض / الطعم ونماذج الحلقة الطوبولوجية) ، فإن نموذج الحلقة الطوبولوجية مدعوم بشكل أفضل بالبيانات التجريبية: إعادة الترتيب و / أو من جديد تشكيل حلقات موجهة بشكل مناسب عزل المحفزات بكفاءة عن عناصر التعزيز [70]. لاحظ أيضًا أن البيانات الحديثة تُظهر كيف يعتمد قمع الجينات على الغجر عوازل في ذبابة الفاكهة ينتشر بين المواقع البعيدة ليتم قمعه عبر تنظيم الحلقات المحلية [71].

    أصبح تنظيم الجينات من العناصر التنظيمية البعيدة عبر الحلقات المحلية أو إعادة الترتيب الأوسع في التنظيم ثلاثي الأبعاد مقبولاً الآن على نطاق واسع. على سبيل المثال ، رأينا أن β-globin LCR يعود إلى المروج المستهدف لتنشيطه [17] من خلال محور الكروماتين النشط [12 ، 26] ، بينما يقمع Gata-1 عدة موضع الجين عبر تشكيل حلقة محددة وتبادلها مع Gata-2 يصلح حلقة المحسن-المروج ويعيد تنشيط التعبير [72]. ال IgH يعد locus مثالًا آخر على كيفية حدوث ذلك ، نظرًا لإعادة تنظيم المنطقة التي تبلغ مساحتها 2.7 ميجا بايت تقريبًا مكانيًا أثناء التنشيط [6]. وبالمثل ، فقد تم تضمين العديد من عوامل النسخ في تكوين حلقات الكروماتين التنظيمية ، بما في ذلك EKLF [26] Gata-1 و Gata-2 و Gata-3 [72] CTCF [73 ، 74] Ldb1 [75] و cohesin [56 ، 76] . يؤدي إخراجها أو إيقافها إلى فقدان الحلقات والتغييرات في حالة النسخ [26 ، 77 ، 78].

    على نطاق أوسع ، يتم تنظيم الجينوم بشكل غير عشوائي في فضاء ثلاثي الأبعاد [1 ، 6-10 ، 15] نتيجة لمجموعة متنوعة من حلقات الكروماتين والوريدات [15 ، 64 ، 79] ، وفكرة أن النسخ هي أيضًا المنظمة معماريا تكتسب تدريجيا الأرض [١٣-١٥]. لقد تم اقتراح أن نسخ الجينات المشفرة للبروتين يحدث في النقاط الساخنة لبلازمية النواة (أي مصانع النسخ) حيث يجعل التركيز المحلي العالي للآلة الجزيئية المطلوبة العملية برمتها أكثر كفاءة [14 ، 15]. بحكم التعريف ، هذه تؤوي ما لا يقل عن اثنين من بوليميراز RNA ، كل منهما يقوم بنسخ قالب مختلف. يمكن تصنيف محور الكروماتين النشط β-globin على أنه مصنع نسخ ، حيث يحتوي على ما لا يقل عن اثنين من البوليميراز: أحدهما يقوم بنسخ المحسن والآخر يقوم بنسخ جين ترميز البروتين. لا تميل الجينات النشطة فقط إلى الترابط في النواة ليتم نسخها [80 ، 81] ، ولكن يبدو أن أنواعًا مختلفة من الجينات تتجمع في مصانع نسخ "متخصصة" ، حيث يتم تنظيمها والتعبير عنها. على سبيل المثال ، يتم نسخ جينات RNAPII في مصانع منفصلة من جينات RNAPIII ، بينما يتم نسخ الجينات المكونة للكريات الحمر والجينات المستجيبة لـ TNFα في مواقع مختلفة عن تلك التأسيسية و / أو غير المستجيبة [75 ، 82-88]. على الرغم من أنه يمكن الآن عزل المصانع ذات أنشطة البلمرة المختلفة وتمييز بروتيناتها باستخدام مقياس الطيف الكتلي [89] ، فإن الآلية التي يتم من خلالها "تمييز" المصانع بعوامل نسخ محددة والتمثيل النسبي للأنواع الفرعية المختلفة للمصانع تظل غير محددة.

    كيف يمكن توسيع هذه الأفكار لشرح وظيفة المعززات وكاتمات الصوت و / أو العوازل؟ كما أنشأنا ، تشترك جميعها في ميزات مشتركة (على سبيل المثال ، فرط حساسية DNase I وعلامات الكروماتين النشطة والتفاعل مع عوامل النسخ و RNAPII) لذلك ، نقترح أن العناصر التنظيمية الكنسية هي في الأساس وحدات نسخ (الجدول 1) وذلك من أجل لكي تكون وظيفية ، يجب نسخها (وبالتالي ربطها بمصنع النسخ). تحدد هذه الفرضية جانبين رئيسيين من بنية الكروماتين: القرب بين تسلسلات الحمض النووي البعيدة بسبب حلقات وربط الجينات النشطة بالمصنع.

    هل يكفي عدد المصانع في خلية معينة لاستيعاب جميع وحدات النسخ ، بما في ذلك المعززات و / أو كاتمات الصوت؟ حتى الآن ، فإن أدنى تقدير لحوالي 200 مصنع يتعلق بالخلايا الأولية للفئران ويأتي من RNAPII المناعي خارج الجسم الحي[81]. يشير هذا إلى أن حوالي 80 وحدة نسخ ستشترك في مصنع (بافتراض 16000 وحدة نسخ نشطة ، كما هو الحال في خلايا هيلا) [86] أو أن عددًا منها يتم نسخها خارج المصنع. ترجع الأساليب الأخرى في خلايا هيلا عددًا أعلى من حيث الحجم: حوالي 2000 مصنع ، كل منها يستضيف 8 وحدات نسخ في المتوسط ​​[97 ، 98]. علاوة على ذلك ، يبدو أن كثافة وقطر هذه النقاط الساخنة النسخية ثابتة بين أنواع الخلايا ، مما يشير إلى طوبولوجيا أساسية يمكن الوصول إليها لوحدات النسخ في الأحياء النووية المختلفة [86 ، 99]. يمكن تفسير الفرق بين هذه الأرقام باختلاف في حساسية الاكتشاف [86 ، 98]. لكن هل يحدث معظم النسخ في المصانع؟ يبدو أنه ربما ، حيث تشير بعض التقديرات إلى أن أكثر من 95٪ من الحمض النووي الريبي الوليدة توجد في المصانع (تم تقييمها باستخدام دمج السلائف المختلفة في مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا) [13 ، 97-99]. ومع ذلك ، من المحتمل أن يتم حل هذه المشكلات فقط من خلال مصانع التصوير في أنواع مختلفة من الخلايا الحية.

    ضع في اعتبارك الآن أن مُحسِّنًا (وحدة النسخ 1) (الشكل 2 أ) يربط المروج المستهدف (في الوحدة 2) بالقرب من المصنع أو المحور أ الذي يحتوي على الآلات اللازمة. نتيجة لذلك ، سينتشر المروج المستهدف 2 من خلال النيوكليوبلازم وكثيراً ما يصطدم بالبوليميراز في المصنع A لبدء النسخ. على الرغم من أن المروج 3 مرتبط أيضًا بالقرب من نفس المصنع ، إلا أنه نادرًا ما يبدأ (لأن المصنع A يفتقر إلى عوامل النسخ الضرورية التي يتطلبها هذا المروج المحدد). على الرغم من أن المروج 3 يمكن أن يبدأ في المصنع B (الذي يحتوي على تركيزات عالية من العوامل ذات الصلة) ، إلا أنه نادرًا ما يفعل ذلك ، لأنه ببساطة مرتبط بالقرب من المصنع A وبعيدًا عن B. بعد ذلك ، وحدة النسخ 1 يعمل كمعزز للوحدة 2 وكاتم صوت للوحدة 3. ستعمل إضافة تعديلات هيستون التي تميز الوحدات المختلفة على أنها نشطة أو غير نشطة على تعزيز الوضع الراهن. بعد ذلك ، مرة واحدة 1 قد تم نسخها ، فهذه العلامات ستجعل من المرجح أن هذه الوحدة 1 أو وحدة 2 سيعيد التشغيل في المصنع "أ" لإنشاء دورة حميدة. وبالمثل ، في مرحلة تنموية أخرى ، عندما يتم التعبير عن مجموعة مختلفة من عوامل النسخ (الشكل 2 ب) ، الوحدة 1 يمكن نسخها في المصنع C. وهي محاطة مرة أخرى بوحدات 2 و 3، ولكن يمكن الآن نسخها بكفاءة فقط في المصنع B (الغني بالعوامل الضرورية). كوحدات 2 و 3 لا يمكن أن تتفاعل بشكل ثابت مع بعضها البعض من خلال الارتباط بوحدة المصنع C 1 يعمل الآن كعازل أو حاجز. كما كان من قبل ، ستعزز علامات الهيستون هذه الدورة (الفاضلة) المختلفة.

    نموذج بسيط لوظيفة العناصر التنظيمية. تمثل الكرات A و B و C المصانع الغنية بمجموعات مختلفة من عوامل النسخ والهالات المرتبطة بها تشير إلى احتمال أن المروج 1, 2 أو 3 سيصطدم بمصنع (يشير اللون الأحمر إلى احتمالية عالية). تنشأ منطقة الاحتمالية المنخفضة حول المصنع مباشرة لأن الصلابة الجوهرية لألياف الكروماتين تقيد تكوين حلقات صغيرة جدًا). يشير السهم الأسود المنحني إلى التصادم بين المروج والمصنع الذي ينتج عنه بدء إنتاجي. تشير الأسهم الرمادية المتقطعة إلى الموقع المفضل للبدء (حيث أن المصنع B غني بعوامل النسخ ذات الصلة). تشير الأسهم الحمراء المحظورة إلى تصادمات غير منتجة (حيث يحتوي المصنع على القليل من العوامل ذات الصلة). (أ) معززات وكواتم الصوت. وحدة النسخ 1 يتم نسخ البوليميراز في المصنع A. وحدة الحبال هذه 2 في `` منطقة ساخنة '' ، حيث يوجد احتمال كبير بالتصادم مع البوليميراز في المصنع A (الذي يحتوي على تركيزات محلية عالية من العوامل اللازمة لبدء المروجين 1 و 2). نتيجة لذلك ، الوحدة 1 يعمل كمعزز للوحدة 2. في نفس الوقت ، الوحدة 3 بعيدًا عن المصنع B (الغني بالعوامل المطلوبة لبدء تشغيله). هنا الوحدة 1 بمثابة كاتم صوت للوحدة 3. (ب) عازل. في مرحلة مختلفة من التطور ، يتم التعبير عن مجموعة مختلفة من عوامل النسخ. نطاقات الكروماتين التي تحتوي على وحدات 2 و 3 مفصولة بالوحدة 1 (تم نسخه الآن في المصنع C ، والذي يحتوي على تركيزات منخفضة من العوامل التي تتطلبها الوحدات 2 و 3) ، لذلك نادرًا ما يرتبطون بالمصنع A ويتفاعلون. هنا الوحدة 1 بمثابة عازل أو حاجز.


    مراجع

    Banerji، J.، Rusconi، S. & amp Schaffner، W. يتم تحسين التعبير عن جين بيتا غلوبين بواسطة تسلسلات DNA SV40 البعيدة. زنزانة 27, 299–308 (1981).

    مورو ، ب وآخرون. تكرار الإصلاح الأساسي SV40 72 له تأثير مذهل على التعبير الجيني في كل من SV40 وغيرها من المواد الكيميائية المؤتلفة. الدقة الأحماض النووية. 9, 6047–6068 (1981). الحكام. أبلغ كل من 1 و 2 عن تحديد مُحسِّن SV40 الذي أصبحت خصائصه تحديد سمات المعززات على مدار الثلاثين عامًا القادمة.

    Banerji، J.، Olson، L. & amp Schaffner، W. يوجد محسن خلوي خاص بالخلايا الليمفاوية في اتجاه مجرى النهر في منطقة الانضمام في جينات الغلوبولين المناعي ثقيلة السلسلة. زنزانة 33, 729–740 (1983).

    جيليس ، S.D. ، موريسون ، S.L. ، Oi ، V.T. & amp Tonegawa، S. يوجد عنصر مُحسِّن للنسخ الخاص بالأنسجة في الإنترون الرئيسي لجين السلسلة الثقيلة للجلوبيولين المناعي المعاد ترتيبها. زنزانة 33, 717–728 (1983).

    Mercola ، M. ، Wang ، X.F. ، Olsen ، J. & amp Calame ، K. علم 221, 663–665 (1983). الحكام. أبلغ 3-5 عن أول مُحسِّن خلوي ، والذي عند وضعه بالقرب من MYC الجين ، يؤدي إلى سرطان الغدد الليمفاوية في بوركيت.

    توب ، ر. وآخرون. انتقال الجين c-myc إلى موضع السلسلة الثقيلة للجلوبيولين المناعي في سرطان الغدد الليمفاوية بيركيت وخلايا الورم البلازمي الفأري. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 79, 7837–7841 (1982).

    Schroeder، M.D.، Greer، C. & amp Gaul، U. كيفية عمل خطوط: فك تشفير الانتقال من الأنماط غير الدورية إلى الأنماط الدورية في تجزئة ذبابة الفاكهة. تطوير 138, 3067–3078 (2011).

    Levine، M. محسنات النسخ في تطور الحيوان وتطوره. بالعملة. بيول. 20، R754 – R763 (2010).

    Klingler ، M. ، Soong ، J. ، Butler ، B. & amp Gergen ، J.P. تشتت مقابل العناصر المدمجة لتنظيم خطوط التدفق في ذبابة الفاكهة. ديف. بيول. 177, 73–84 (1996).

    Jack، J.، Dorsett، D.، Delotto، Y. & amp Liu، S. التعبير عن موضع القطع في هامش جناح ذبابة الفاكهة مطلوب لمواصفات نوع الخلية ويتم تنظيمه بواسطة مُحسِّن بعيد. تطوير 113, 735–747 (1991).

    سبانا ، سي ، هاريسون ، دي إيه. & amp Corces، V.G. يرتبط مثبط ذبابة الفاكهة السوداء للبروتين ذي الأجنحة المشعرة بتسلسلات محددة من الينقولات الغجرية. تطوير الجينات. 2, 1414–1423 (1988). أظهرت هذه الدراسة أن Su (Hw) مرتبطة مباشرة بالتسلسلات في الغجر عازل ، مما يوفر فهمًا ميكانيكيًا لسنوات من الدراسات الجينية ويساعد في إطلاق مجال جديد لبيولوجيا العازل.

    مورسيلو ، ب. ، روزن ، سي ، بايليس ، إم. & amp Dorsett، D. Chip ، وهو بروتين كروموسومي معبر عنه على نطاق واسع مطلوب لتجزئة ونشاط معزز هامش الجناح البعيد في ذبابة الفاكهة. تطوير الجينات. 11, 2729–2740 (1997).

    Morcillo، P.، Rosen، C. & amp Dorsett، D. الجينات التي تنظم معزز هامش الجناح البعيد في موضع قطع ذبابة الفاكهة. علم الوراثة 144, 1143–1154 (1996). استخدمت هذه الدراسة شاشة جينية للعوامل التي تنظم اتصال المحسن والمروج والجينات التي تم تحديدها لاحقًا والتي تبين لاحقًا أنها تشفر متماثلات الذبابة لـ NIPBL و LDB1. وقد تبين لاحقًا أن هذه البروتينات تشارك في تكوين و / أو الحفاظ على حلقات المحفز المعزز في الثدييات.

    Rollins، RA، Korom، M.، Aulner، N.، Martens، A. & amp Dorsett، D. . مول. زنزانة. بيول. 24, 3100–3111 (2004).

    يشارك رولينز ، R. علم الوراثة 152, 577–593 (1999).

    Agulnick ، ​​AD وآخرون. تفاعلات عامل ربط المجال LIM Ldb1 مع بروتينات نطاق homodomain LIM. طبيعة سجية 384, 270–272 (1996).

    لي ، س. & amp Pfaff، S.L. تزامن تكوين الخلايا العصبية ومواصفات الخلايا العصبية الحركية عن طريق الاقتران المباشر بين bHLH وعوامل نسخ المجال المنزلي. عصبون 38, 731–745 (2003).

    دينغ ، دبليو وآخرون. التحكم في التفاعلات الجينومية طويلة المدى في موقع محلي عن طريق الربط المستهدف لعامل حلقي. زنزانة 149, 1233–1244 (2012). قدمت هذه الدراسة تأكيدًا تجريبيًا مباشرًا على أن اتصال مُحسِّن جسور LDB1.

    توريجوي ، إي وآخرون. تتفاعل الرقاقة مع بروتينات المجال المثلي المتنوعة وتقوي نشاط bicoid في الجسم الحي. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 97, 2686–2691 (2000).

    سولير ، إي وآخرون. الديناميات على مستوى الجينوم لربط مجمعات Ldb1 أثناء تمايز كرات الدم الحمراء. تطوير الجينات. 24, 277–289 (2010).

    كاجي ، م. وآخرون. يربط الوسيط و cohesin التعبير الجيني وعمارة الكروماتين. طبيعة سجية 467, 430–435 (2010). استخدمت هذه الدراسة التحليلات على مستوى الجينوم ومقايسات التشكل الكروماتين للكشف عن المتطلبات العامة لل cohesin في اتصال المحسن المعزز في الخلايا الجذعية الجنينية للفأر.

    شاف ، س. وآخرون. السيطرة على نطاق الجينوم لنشاط RNA polymerase II بواسطة cohesin. بلوس جينيت. 9، e1003382 (2013).

    Bulger، M. & amp Groudine، M. التنوع الوظيفي والآلي لمحسنات النسخ البعيدة. زنزانة 144, 327–339 (2011).

    Kulaeva ، O.I. ، Nizovtseva ، E.V. ، Polikanov ، Y.S. ، Ulianov ، S.V. & amp Studitsky، V.M. التنشيط عن بعد للنسخ: آليات عمل المحسن. مول. زنزانة. بيول. 32, 4892–4897 (2012).

    ويليامز ، ت. & amp Weatherall ، D.J. التوزيع العالمي ، وعلم الوراثة السكانية ، والعبء الصحي لاعتلال الهيموغلوبين. كولد سبرينج حرب. وجهة نظر. ميد. 2، a011692 (2012).

    Kioussis ، D. ، Vanin ، E. ، deLange ، T. ، Flavell ، R.A. & أمبير جروسفيلد ، إف. تثبيط جين بيتا-غلوبين عن طريق نقل الحمض النووي في ثلاسيميا بيتا. طبيعة سجية 306, 662–666 (1983).

    فان دير بلوج ، إل إتش وآخرون. أظهرت دراسات γβ-Thalassemia أن حذف الجينات-و يؤثر على التعبير الجيني β-globin في الإنسان. طبيعة سجية 283, 637–642 (1980). الحكام. ساعد 26 و 27 في ربط الحذف في منطقة التحكم في موضع DNase شديدة الحساسية β-globin بالثلاسيميا.

    مناطق التحكم Kioussis ، D. & amp Festenstein ، R. Locus: التغلب على تعطيل الجينات المستحثة بالكروماتين في الثدييات. بالعملة. رأي. جينيه. ديف. 7, 614–619 (1997).

    Fraser، P. & amp Grosveld، F. مناطق التحكم في Locus وتفعيل الكروماتين والنسخ. بالعملة. رأي. خلية بيول. 10, 361–365 (1998).

    جيلبرت ، س. علم الأحياء التنموي (سيناور أسوشيتس ، سندرلاند ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية ، 2000).

    Bonifer، C.، Vidal، M.، Grosveld، F. & amp Sippel، A.E. تعبير خاص بالأنسجة وموضع مستقل عن المجال الجيني الكامل لليزوزيم الدجاج في الفئران المعدلة وراثيًا. EMBO J. 9, 2843–2848 (1990).

    Jones، B.K.، Monks، B.R.، Liebhaber، S.A. & amp Cooke، N.E. يتم تنظيم جين هرمون النمو البشري من خلال منطقة تحكم موضعية متعددة المكونات. مول. زنزانة. بيول. 15, 7010–7021 (1995).

    modENCODE Consortium et al. تحديد العناصر الوظيفية والدوائر التنظيمية بواسطة Drosophila modENCODE. علم 330, 1787–1797 (2010).

    Kvon، E.Z.، Stampfel، G.، Yanez-Cuna، J.O.، Dickson، B.J. & amp Stark، A. تطوير الجينات. 26, 908–913 (2012).

    لوفين ، جيه وآخرون. تثبيط انتقائي للجينات الورمية السرطانية عن طريق تعطيل المعززات الفائقة. زنزانة 153, 320–334 (2013).

    وايت ، دبليو إيه وآخرون. تقوم عوامل النسخ الرئيسية والوسيط بإنشاء معززات فائقة في جينات هوية الخلية الرئيسية. زنزانة 153, 307–319 (2013).

    كوخ ، إف وآخرون. منصات بدء النسخ وتوظيف GTF في المعززات والمروجين الخاصة بالأنسجة. نات. هيكل. مول. بيول. 18, 956–963 (2011).

    باركر ، إس سي وآخرون. تعمل حالات مُحسِّن تمدد الكروماتين على تنظيم الجينات الخاصة بالخلية وتأوي متغيرات خطر الإصابة بالأمراض البشرية. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 110, 17921–17926 (2013).

    هنيز ، د. وآخرون. معززات فائقة في السيطرة على هوية الخلية والمرض. زنزانة 155, 934–947 (2013).

    معززات الظل Barolo، S. Shadow: الأسئلة المتداولة حول المعلومات التنظيمية الموزعة وتكرار المحسن. مقولات بيولوجية 34, 135–141 (2012).

    لاغا ، إم ، بوثما ، جي بي وأمبير ليفين ، إم. آليات دقة النسخ في نمو الحيوان. اتجاهات الجينات. 28, 409–416 (2012).

    بيري ، M.W. ، Boettiger ، A.N. ، بوثما ، JP & amp Levine ، M. تعزز معززات الظل متانة معدة ذبابة الفاكهة. بالعملة. بيول. 20, 1562–1567 (2010).

    هونغ ، ج.و. ، هندريكس ، د. & أمبير ليفين ، إم. معززات الظل كمصدر للحداثة التطورية. علم 321, 1314 (2008). استخدمت هذه الدراسة الإشغال على مستوى الجينوم لعوامل النسخ في ذبابة الفاكهة لتحديد معززات جديدة تبدو زائدة عن الحاجة لمحسّنات معروفة للجينات التنموية.

    فرانكل ، ن وآخرون. المتانة المظهرية التي تمنحها معززات النسخ الزائدة على ما يبدو. طبيعة سجية 466, 490–493 (2010).

    Casellas، R.، Yamane، A.، Kovalchuk، AL & amp Potter، M. تقييد نشاط الأورام السرطانية الناجم عن التنشيط في الخلايا الليمفاوية B. علم المناعة 126, 316–328 (2009).

    كيففر-كوون ، ك. وآخرون. تكشف الخرائط البينية للمجالات التنظيمية لجينات الفأر عن المبادئ الأساسية لتنظيم النسخ. زنزانة 155, 1507–1520 (2013). وجدت هذه الدراسة أن حذف أي من معززات E1 أو E2 لـ ايسد الجين أدى إلى إلغاء ايسد التعبير. اقترح المؤلفون أن الجينات التي يحتاج تحريضها إلى التحكم بإحكام تتطلب تشغيل معززين ، وهو نظام مشار إليه في هذه المراجعة على أنه محمي من الفشل أو معززات الانقسام.

    هينتزمان ، إن دي وآخرون. توقيعات الكروماتين المميزة والتنبؤية للمروجين والمعززات النسخية في الجينوم البشري. نات. جينيه. 39, 311–318 (2007).

    كريغتون ، م. وآخرون. يفصل هيستون H3K27ac النشط عن المعززات المتوازنة ويتنبأ بحالة النمو. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 107, 21931–21936 (2010).

    رادا إيغليسياس ، إيه وآخرون. يكشف توقيع الكروماتين الفريد عن معززات النمو المبكرة في البشر. طبيعة سجية 470, 279–283 (2011). الحكام. استخدم 47-49 رسم خرائط على مستوى الجينوم لتعديلات هيستون لتحديد توقيعات الكروماتين لحالات مختلفة من نشاط المحسن.

    وايت ، دبليو إيه وآخرون. إيقاف تشغيل المُحسِّن بواسطة LSD1 أثناء تمايز الخلايا الجذعية الجنينية. طبيعة سجية 482, 221–225 (2012).

    هيرز ، هـ. وآخرون. أحادي الميثيل H3K4 المرتبط بالمُحسِّن بواسطة Trithorax المرتبط بـ Trithorax ، متماثل ذبابة الفاكهة للثدييات Mll3 / Mll4. تطوير الجينات. 26, 2604–2620 (2012).

    هو ، د. وآخرون. تعمل فروع MLL3 / MLL4 لعائلة البوصلة باعتبارها أحادي ميثيل هيستون H3K4 الرئيسية في المعززات. مول. زنزانة. بيول. 33, 4745–4754 (2013). الحكام. تم تحديد 51 و 52 ذبابة الفاكهة Trr ومثيلاتها من الثدييات MLL3 و MLL4 باعتبارها أحادي ميثيلاز H3K4 الرئيسية في المعززات.

    Shilatifard ، A. عائلة البوصلة من هيستون H3K4 methylases: آليات التنظيم في التطور وإمراض المرض. Annu. القس Biochem. 81, 65–95 (2012).

    Ardehali ، M.B. وآخرون. Drosophila Set1 هو الهيستون H3 ليسين 4 ثلاثي ميثيل ترانسفيراز مع دور في النسخ. EMBO J. 30, 2817–2828 (2011).

    موهان ، م وآخرون. عائلة كومباس من ميثيلاز H3K4 في ذبابة الفاكهة. مول. زنزانة. بيول. 31, 4310–4318 (2011).

    Eissenberg، J.C. & amp Shilatifard، A. Histone H3 lysine 4 (H3K4) methylation in development and differentiation. ديف. بيول. 339, 240–249 (2010).

    سيدكوف ، واي وآخرون. التحليل الجيني الجزيئي للجين المرتبط بـ Drosophila trithorax والذي يشفر بروتين مجال SET جديد. ميكانيكي. ديف. 82, 171–179 (1999).

    وانج ، ب. وآخرون. يحدد التحليل العالمي لميثيل H3K4 أهداف أفراد عائلة MLL ويشير إلى دور مثيلة H3K4 بوساطة MLL1 في تنظيم بدء النسخ بواسطة RNA polymerase II. مول. زنزانة. بيول. 29, 6074–6085 (2009).

    Yu ، B.D. ، Hess ، J.L. ، Horning ، S.E. ، Brown ، GA & amp Korsmeyer ، S.J. تعبير Hox المتغير والهوية القطاعية في الفئران Mll-mutant. طبيعة سجية 378, 505–508 (1995).

    تاي ، إف وآخرون. الأسيتيل بوساطة CBP من هيستون H3 ليسين 27 يعاكس إسكات ذبابة الفاكهة Polycomb. تطوير 136, 3131–3141 (2009).

    جين ، كيو وآخرون. أدوار مميزة لـ H3K9ac بوساطة GCN5 / PCAF و H3K18 / 27ac بوساطة CBP / p300 في معاملات المستقبلات النووية. EMBO J. 30, 249–262 (2011).

    وانج ، إل ، تانج ، واي ، كول ، ب. & amp Marmorstein، R. بنية وكيمياء p300 / CBP و Rtt109 هيستون أسيتيل ترانسفيراز: الآثار المترتبة على تطور ووظيفة هيستون أسيتيل ترانسفيراز. بالعملة. رأي. هيكل. بيول. 18, 741–747 (2008).

    Roelfsema ، J.H. وآخرون. عدم التجانس الجيني في متلازمة روبنشتاين تايبي: الطفرات في كل من CBP و EP300 الجينات تسبب المرض. أكون. جيه هوم. جينيه. 76, 572–580 (2005).

    روث ، جيه إف وآخرون. الدور التفاضلي لـ p300 و CBP acetyltransferase أثناء تكوين العضل: يعمل p300 في اتجاه المنبع من MyoD و Myf5. EMBO J. 22, 5186–5196 (2003).

    خارتشينكو ، ب. وآخرون. تحليل شامل لمشهد الكروماتين في ذبابة الفاكهة سوداء البطن. طبيعة سجية 471, 480–485 (2011).

    Di Croce، L. & amp Helin، K. تنظيم النسخ بواسطة بروتينات مجموعة Polycomb. نات. هيكل. مول. بيول. 20, 1147–1155 (2013).

    شوارتز ، واي. & amp Pirrotta، V. آليات إسكات Polycomb وإدارة البرامج الجينومية. نات. القس جينيه. 8, 9–22 (2007).

    هيرتس ، إتش إم ، جاروس ، إيه آند شيلاتيفارد ، أ. مجموعة من أجل الحياة: الأنشطة البيوكيميائية والوظائف البيولوجية للبروتينات التي تحتوي على المجال SET. اتجاهات Biochem. علوم. 38, 621–639 (2013).

    هينتزمان ، إن دي وآخرون. تعكس تعديلات هيستون في المعززات البشرية التعبير الجيني لنوع الخلية العالمي. طبيعة سجية 459, 108–112 (2009).

    تاي ، F. ، بانيرجي ، R. ، كونراد ، P.A. ، Scacheri ، P.C. & amp Harte ، P.J. هيستون demethylase UTX ومُعيد تشكيل الكروماتين BRM يرتبط مباشرة بـ CBP ويقوم بتعديل acetylation هيستون H3 lysine 27. مول. زنزانة. بيول. 32, 2323–2334 (2012).

    Lee ، J.S. ، Smith ، E. & amp Shilatifard ، A. لغة الحديث المتبادل في هيستون. زنزانة 142, 682–685 (2010).

    ثورنتون ، جيه إل وآخرون. تبعية سياق هيستون H3 Lys4 بوساطة Set1 / COMPASS. تطوير الجينات. 28, 115–120 (2014).

    Natoli، G. & amp Andrau، J.C النسخ غير المشفر في المعززات: المبادئ العامة والنماذج الوظيفية. Annu. القس جينيه. 46, 1–19 (2012).

    Ørom ، الإمارات العربية المتحدة & amp Shiekhattar، R. RNAs الطويلة غير المشفرة تستهل حقبة جديدة في بيولوجيا المعززات. زنزانة 154, 1190–1193 (2013).

    كيم ، ت. وآخرون. نسخ واسع النطاق في معززات تنظيم النشاط العصبي. طبيعة سجية 465, 182–187 (2010).

    De Santa، F. et al. يتداخل جزء كبير من مواقع نسخ RNA pol II خارج الجين مع معززات. بلوس بيول. 8، e1000384 (2010).

    Ashe ، H.L. ، Monks ، J. ، Wijgerde ، M. ، Fraser ، P. & amp Proudfoot ، NJ Intergenic transcription and transinduction of the human β-globin locus. تطوير الجينات. 11, 2494–2509 (1997).

    لي ، دبليو وآخرون. الأدوار الوظيفية للـ RNAs المُحسِّن لتنشيط النسخ المعتمد على الإستروجين. طبيعة سجية 498, 516–520 (2013).

    Ørom ، الإمارات العربية المتحدة وآخرون. RNAs طويلة غير مشفرة مع وظيفة شبيهة بوظيفة المحسن في الخلايا البشرية. زنزانة 143, 46–58 (2010). الحكام. أظهر الشكلان 78 و 79 أنه تم نسخ بعض أكثر المعززات نشاطًا.

    لاي ، إف وآخرون. تنشيط الحمض النووي الريبي المرتبط بالوسيط لتعزيز بنية الكروماتين والنسخ. طبيعة سجية 494, 497–501 (2013).

    وانج ، ك. وآخرون. يحافظ الحمض النووي الريبي الطويل غير المشفر على الكروماتين النشط لتنسيق التعبير الجيني المتماثل. طبيعة سجية 472, 120–124 (2011). الحكام. وجد 79-81 أن lncRNAs متعدد الأدينيلات يمكن أن ينشط محفزات الجينات القريبة. عند وضعها في بنيات المراسل ، فإن هذه الحمض النووي الريبي لها وظيفة شبيهة بوظيفة مُحسِّن ، مما يكشف عن تنوع غير معروف سابقًا في رابطة الدول المستقلة - المشهد التنظيمي.

    رين ، جيه إل وأمب تشانغ ، هـ. تنظيم الجينوم بواسطة RNAs طويلة غير مشفرة. Annu. القس Biochem. 81, 145–166 (2012).

    زاريت ، ك. وأمبير كارول ، ج. عوامل النسخ الرائدة: تحديد الكفاءة للتعبير الجيني. تطوير الجينات. 25, 2227–2241 (2011).

    ليبر ، د. وآخرون.التهيئة اللاجينية لمُحسِّن خاص بالخلايا B من خلال ربط Sox2 و Foxd3 في مرحلة ESC. الخلية الجذعية للخلايا 7, 114–126 (2010).

    شو ، جيه وآخرون. كفاءة النسخ والوسم النشط للمعززات الخاصة بالأنسجة عن طريق عوامل النسخ المحددة في الخلايا الجذعية الجنينية والمستحثة. تطوير الجينات. 23, 2824–2838 (2009).

    Lin، C.، Garruss، A.S.، Luo، Z.، Guo، F. & amp Shilatifard، A. يشير عامل استطالة RNA Pol II Ell3 إلى معززات في الخلايا الجذعية الجنينية ويؤسس تنشيط الجينات في المستقبل. زنزانة 152, 144–156 (2013).

    Hou ، C. ، Dale ، R. & amp Dean ، A. خصوصية نوع الخلية لتنظيم الكروماتين بوساطة CTCF و cohesin. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 107, 3651–3656 (2010).

    Ostuni، R. et al. معززات كامنة يتم تنشيطها عن طريق التحفيز في الخلايا المتمايزة. زنزانة 152, 157–171 (2013).

    كايكونين ، M.U. وآخرون. يقترن إعادة تشكيل منظر المحسن أثناء تنشيط البلاعم بنسخ المحسن. مول. زنزانة 51, 310–325 (2013). أظهرت هذه الدراسة أن عملية النسخ الجارية في مُحسِّن ، ولكن ليس منتج eRNA ، كانت مطلوبة لوظيفة المُحسِّن.

    Liu، J. & amp Krantz، I.D. كوهيسين ومرض الإنسان. Annu. القس الجينوميات همهمة. جينيه. 9, 303–320 (2008).

    Dorsett، D. & amp Krantz، I.D. حول المسببات الجزيئية لمتلازمة كورنيليا دي لانج. آن. نيويورك أكاد. علوم. 1151, 22–37 (2009).

    بورك ، ج وآخرون. انتقال متلازمة كورنيليا دي لانج من الأب إلى الابنة بسبب طفرة في المنطقة غير المترجمة 5 ′ من NIPBL الجين. همم. موتات. 27, 731–735 (2006).

    نج ، س. وآخرون. يحدد تسلسل إكسوم طفرات MLL2 كسبب لمتلازمة كابوكي. نات. جينيه. 42, 790–793 (2010).

    ليدر ، د. وآخرون. حذف KDM6A ، هوستون ديميثيلاز يتفاعل مع MLL2 ، في ثلاثة مرضى مصابين بمتلازمة كابوكي. أكون. جيه هوم. جينيه. 90, 119–124 (2012).

    مياكي ، ن. وآخرون. طفرات MLL2 و KDM6A في مرضى متلازمة كابوكي. أكون. جيه ميد. جينيه. أ. 161, 2234–2243 (2013).

    هيرز ، هـ. وآخرون. H3K27me3 demethylase dUTX هو مثبط للأورام التي تعتمد على Notch و Rb في ذبابة الفاكهة. مول. زنزانة. بيول. 30, 2485–2497 (2010).

    Kanda، H.، Nguyen، A.، Chen، L.، Okano، H. & amp Hariharan، I.K. يعمل تقويم ذبابة الفاكهة في MLL3 و MLL4 ، المرتبط بالثريثوراكس ، كمنظم سلبي لنمو الأنسجة. مول. زنزانة. بيول. 33, 1702–1710 (2013).

    Morgan، M. مول. زنزانة. بيول. 33, 1698–1701 (2013).

    جراسو ، سي إس وآخرون. المشهد الطفري لسرطان البروستاتا المميت المقاوم للإخصاء. طبيعة سجية 487, 239–243 (2012).

    جونز ، دي تي وآخرون. تشريح التعقيد الجينومي الكامن وراء الورم الأرومي النخاعي. طبيعة سجية 488, 100–105 (2012).

    مورين ، R.D. وآخرون. طفرة متكررة في الجينات المعدلة للهيستون في ليمفوما اللاهودجكين. طبيعة سجية 476, 298–303 (2011).

    بارسونز ، د. وآخرون. المشهد الجيني للورم الأرومي النخاعي في مرحلة الطفولة. علم 331, 435–439 (2011).

    باسكوالوتشي ، ل. وآخرون. تحليل الجينوم الترميز لورم الغدد الليمفاوية للخلايا البائية الكبيرة المنتشرة. نات. جينيه. 43, 830–837 (2011).

    بوغ ، تي جيه. وآخرون. يكشف تسلسل إكسوم الورم الأرومي النخاعي عن طفرات جسدية خاصة بنوع فرعي. طبيعة سجية 488, 106–110 (2012).

    Akhtar-Zaidi، B. et al. يحدد التنميط اللاجيني للمُحسِّن توقيعًا لسرطان القولون. علم 336, 736–739 (2012).

    داس ، سي ، لوسيا ، إم إس ، هانسن ، كيه سي. & أمبير تايلر ، ج.ك. أستلة CBP / p300 بوساطة هيستون H3 على ليسين 56. طبيعة سجية 459, 113–117 (2009).

    Wang ، F. ، Marshall ، CB & amp Ikura ، M. منظم النسخ / الوراثة اللاجينية CBP / p300 في تكوين الأورام: التنوع البنيوي والوظيفي في التعرف على الهدف. زنزانة. مول. علوم الحياة. 70, 3989–4008 (2013).

    Zheng، R. & amp Blobel، G.A. عوامل النسخ GATA والسرطان. سرطان الجينات 1, 1178–1188 (2010).

    هسو ، أ.ب. وآخرون. ترتبط الطفرات في GATA2 بقلة كريات الدم البيضاء السائدة والمتقطعة ومتلازمة العدوى الفطرية (MonoMAC). دم 118, 2653–2655 (2011).

    هسو ، أ.ب. وآخرون. يؤدي نقص GATA2 الفرداني الناجم عن الطفرات في عنصر داخلي محفوظ إلى متلازمة MonoMAC. دم 121, 3830–3837 (2013).

    ليتيس ، لوس أنجلوس وآخرون. ينظم مُحسِّن Shh بعيد المدى التعبير في الأطراف والزعنفة النامية ويرتبط بتعدد الأصابع قبل المحاور. همم. مول. جينيه. 12, 1725–1735 (2003).

    Lettice ، L.A. ، Hill ، A.E. ، Devenney ، PS & amp Hill ، R.E. طفرات نقطية في قنفذ صوتي بعيد رابطة الدول المستقلة- يقوم المنظم بإنشاء مخرجات تنظيمية متغيرة مسؤولة عن تعدد الأصابع preaxial. همم. مول. جينيه. 17, 978–985 (2008).

    كورادين ، أو.آخرون. تحدد التأثيرات التجميعية لمتغيرات المحسن المتعددة في اختلال التوازن الارتباط مستويات التعبير الجيني لمنح القابلية للتأثر بالسمات المشتركة. الدقة الجينوم. 24, 1–13 (2013).

    Trynka ، G. et al. تحدد علامات الكروماتين أنواع الخلايا الحرجة لرسم خرائط دقيقة لمتغيرات السمات المعقدة. نات. جينيه. 45, 124–130 (2013).

    Encode Project Consortium et al. موسوعة متكاملة لعناصر الحمض النووي في الجينوم البشري. طبيعة سجية 489, 57–74 (2012).

    باور ، دي. وآخرون. محسن الكريات الحمر من BCL11A الخاضع للاختلاف الجيني يحدد مستوى الهيموجلوبين الجنيني. علم 342, 253–257 (2013).

    شو ، جيه وآخرون. تصحيح مرض فقر الدم المنجلي في الفئران البالغة عن طريق التدخل في إسكات الهيموجلوبين الجنيني. علم 334, 993–996 (2011). حذف هؤلاء المؤلفون مُحسِّنًا خاصًا بالأنسجة لجين أساسي يشفر مثبطًا نسبيًا للهيموجلوبين الجنيني ووجدوا أن هذا الاضطراب أعاد تعبير الغلوبين في نموذج فأر لفقر الدم المنجلي.

    Pastor ، W.A. ، Aravind ، L. & amp Rao ، A. Tetonic shift: الأدوار البيولوجية لبروتينات TET في إزالة ميثيل الحمض النووي والنسخ. نات. القس مول. خلية بيول. 14, 341–356 (2013).

    جين ، إف وآخرون. خريطة عالية الدقة لتفاعل الكروماتين ثلاثي الأبعاد في الخلايا البشرية. طبيعة سجية 503, 290–294 (2013).

    أرنولد ، سي. وآخرون. خرائط نشاط المُحسِّن الكمي على مستوى الجينوم المحددة بواسطة STARR-seq. علم 339, 1074–1077 (2013). طورت هذه الدراسة شاشة على مستوى الجينوم لتحديد مناطق الحمض النووي التي تعمل في فحوصات المحسن ذبابة الفاكهة خلايا S2.

    جاج ، ت. ، غيرسباخ ، كاليفورنيا. & amp Barbas، C.F. ثالثا. الأساليب المستندة إلى ZFN و TALEN و CRISPR / Cas لهندسة الجينوم. اتجاهات التكنولوجيا الحيوية. 31, 397–405 (2013).

    مندنهال ، إي إم وآخرون. تحرير محدد الموقع لتعديلات هيستون في معززات داخلية. نات. التكنولوجيا الحيوية. 31, 1133–1136 (2013). استخدمت هذه الدراسة مؤثرات TAL لاستهداف LSD1 لإسكات المحسن. يمكن أن يساعد هذا النهج في تحديد في الجسم الحي وظيفة مُحسِّن ويمكن استخدامها لأغراض علاجية.

    Li، LM & amp Arnosti، D.N. تحفز مثبطات النسخ الطويلة والقصيرة المدى حالات كروماتين مميزة على الجينات المكبوتة. بالعملة. بيول. 21, 406–412 (2011).

    لي ، إل ، جرير ، سي ، آيزنمان ، ر. & amp Secombe ، J. الوظائف الأساسية لغطاء هيستون ديميثيلاز. بلوس جينيت. 6، e1001221 (2010).

    Morales Torres، C.، Laugesen، A. & amp Helin، K. Utx مطلوب للتحريض الصحيح للأديم الظاهر والأديم المتوسط ​​أثناء التمايز بين الخلايا الجذعية الجنينية. بلوس واحد 8، e60020 (2013).

    Shpargel ، K.B. ، Sengoku ، T. ، Yokoyama ، S. & amp Magnuson ، T. UTX و UTY توضح وظيفة هيستون demethylase المستقلة في التطور الجنيني للفأر. بلوس جينيت. 8، e1002964 (2012).

    Terranova ، R. ، Agherbi ، H. ، Boned ، A. ، Meresse ، S. & amp Djabali ، M. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 103, 6629–6634 (2006).

    وانج سي وآخرون. ينظم UTX تمايز الأديم المتوسط ​​للخلايا الجذعية الجنينية بشكل مستقل عن نشاط H3K27 demethylase. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 109, 15324–15329 (2012).

    لام ، مت. وآخرون. يقوم Rev-Erbs بقمع التعبير الجيني للبلاعم عن طريق تثبيط النسخ الموجه بواسطة المُحسِّن. طبيعة سجية 498, 511–515 (2013). أظهرت هذه الدراسة أن منتج eRNA له وظيفة تنظيمية.

    Le Borgne، R.، Remaud، S.، Hamel، S. & amp Schweisguth، F. اثنان متميزان من ligases E3 ubiquitin لهما وظائف تكميلية في تنظيم إشارات دلتا والمسننة في ذبابة الفاكهة. بلوس بيول. 3، e96 (2005).

    تشلون ، ت. & amp Crispino ، J.D. التنظيم التوافقي لمواصفات الأنسجة بواسطة عوامل GATA و FOG. تطوير 139, 3905–3916 (2012).

    سيريلو ، لوس أنجلوس وآخرون. ربط عامل النسخ الحلزوني المجنح HNF3 بموقع رابط هيستون على النواة. EMBO J. 17, 244–254 (1998). أوضحت هذه الدراسة أن العامل الرائد HNF3 ليس له بنية تشبه بنية رابط هيستون H1 فحسب ، بل يرتبط بالحمض النووي النووي بطريقة مماثلة.

    كويستا ، آي ، زاريت ، ك. & amp Santisteban، P. يرتبط عامل forkhead FoxE1 بمحفز ثيروبيروكسيداز أثناء تمايز خلايا الغدة الدرقية ويعدل بنية الكروماتين المضغوطة. مول. زنزانة. بيول. 27, 7302–7314 (2007).

    Hatta، M. & amp Cirillo، LA. فتح الكروماتين والاضطراب المستقر للهيستون الأساسي: اتصالات الحمض النووي بواسطة FoxO1. J. بيول. تشيم. 282, 35583–35593 (2007).

    Mandel، E.M. & amp Grosschedl، R. التحكم في النسخ لتمايز الخلايا البائية المبكرة. بالعملة. رأي. إمونول. 22, 161–167 (2010).

    Natoli، G.، Ghisletti، S. & amp Barozzi، I. المناظر الطبيعية الجينومية للالتهاب. تطوير الجينات. 25, 101–106 (2011).

    Harrison، M.M.، Li، X.Y.، Kaplan، T.، Botchan، M.R. & amp Eisen، M.B. زيلدا ملزم في وقت مبكر ذبابة الفاكهة سوداء البطن علامات الأجنة تم تنشيطها لاحقًا عند الانتقال من الأم إلى اللاقحة. بلوس جينيت. 7، e1002266 (2011).

    ليانغ ، إل وآخرون. يعتبر بروتين Zelda الذي يحتوي على أصابع الزنك منشطًا رئيسيًا لجينوم الزيجوتك المبكر في ذبابة الفاكهة. طبيعة سجية 456, 400–403 (2008).

    نين ، سي. وآخرون. التنسيق الزمني لشبكات الجينات بواسطة Zelda في جنين ذبابة الفاكهة المبكرة. بلوس جينيت. 7، e1002339 (2011).

    Dorsett، D. & amp Merkenschlager، M. Cohesin في الجينات النشطة: موضوع موحد للتماسك والتعبير الجيني من الكائنات الحية النموذجية إلى البشر. بالعملة. رأي. خلية بيول. 25, 327–333 (2013).

    Matthews ، J.M. & amp Visvader ، بروتين ربط مجال JE LIM 1: عامل مساعد متعدد الوظائف يتفاعل مع بروتينات متنوعة. ممثل EMBO. 4, 1132–1137 (2003).

    غيرلاندو ، آر وآخرون. مجالات الكروماتين والعوازل وتنظيم التعبير الجيني. بيوكيم. بيوفيز. اكتا 1819, 644–651 (2012).

    Chetverina، D.، Aoki، T.، Erokhin، M.، Georgiev، P. & amp Schedl، P. إجراء الاتصالات: تنظم العوازل الكروموسومات حقيقية النواة في شكل مستقل رابطة الدول المستقلة- الشبكات التنظيمية. مقولات بيولوجية 36, 163–172 (2014).

    Phillips-Cremins، J.E. & amp Corces، V.G. عوازل الكروماتين: تربط تنظيم الجينوم بالوظيفة الخلوية. مول. زنزانة 50, 461–474 (2013).

    Guo، C. et al. يحافظ KMT2D على تكاثر الخلايا الورمية و monomethylation هيستون H3 ليسين 4. Oncotarget 4, 2144–2153 (2013).

    Calo، E. & amp Wysocka، J. تعديل الكروماتين المحسن: ماذا وكيف ولماذا؟ مول. زنزانة 49, 825–837 (2013).

    Krebs و A.R. و Karmodiya و K. و Lindahl-Allen و M. و Struhl و K. & amp Tora و L. SAGA و ATAC هيستون أسيتيل ترانسفيراز مجمعات تنظم مجموعات متميزة من الجينات ويحدد ATAC فئة من المعززات المستقلة عن p300. مول. زنزانة 44, 410–423 (2011).

    Zippo، A. et al. يولد الحديث المتبادل بين H3S10ph و H4K16ac رمز هيستون الذي يتوسط استطالة النسخ. زنزانة 138, 1122–1136 (2009).

    شي ، جيه وآخرون. دور SWI / SNF في صيانة اللوكيميا الحادة وتنظيم Myc بوساطة المحسن. تطوير الجينات. 27, 2648–2662 (2013).

    Belkina، A.C. & amp Denis، G.V. المنظمين المشاركين في مجال BET في السمنة والالتهابات والسرطان. نات. القس السرطان 12, 465–477 (2012).


    معززات

    ترتبط بعض عوامل النسخ ("بروتين رابط المحسن") بمناطق الحمض النووي التي تبعد آلاف الأزواج القاعدية عن الجين الذي يتحكمون فيه. يزيد الارتباط من معدل نسخ الجين.

    يمكن أن توجد المعززات في المنبع ، أو في اتجاه مجرى النهر ، أو حتى داخل الجين الذي تتحكم فيه.

    هناك الآلاف من المعززات في الجينوم ولكن أي منها نشط يعتمد على نوع الخلية والإشارات التي تتلقاها. يتم تنظيم معظم الجينات ، على الأقل في ذبابة الفاكهة ، بواسطة معززات 2 و ndash3 ، ولكن يمكن التحكم في بعضها بواسطة 8 أو أكثر. المعززات المتعددة هي سمة خاصة لجينات "التدبير المنزلي".

    كيف ينظم ارتباط البروتين بالمُحسِّن نسخ الجين على بعد آلاف الأزواج القاعدية؟

    أحد الاحتمالات هو أن البروتينات المرتبطة بالمحسِّن و [مدش] بالإضافة إلى موقع ربط الحمض النووي الخاص بها ، لها مواقع ترتبط بعوامل النسخ ("TF") مجمعة في محفز للجين.

    سيؤدي هذا إلى رسم الحمض النووي في حلقة (كما هو موضح في الشكل).

    • بروتين معين CTCF ("عامل ربط CCCTC" المسمى لتسلسل النيوكليوتيدات الذي يرتبط به). يشكل CTCF في موقع واحد على الحمض النووي ثنائيًا مع CTCF في موقع آخر على الحمض النووي الذي يربط المنطقتين معًا. يحتوي CTCF على 11 إصبع من الزنك. [عرض مثال آخر لبروتين إصبع الزنك]
    • cohesin & [مدش] نفس مركب البروتين الذي يربط الكروماتيدات الشقيقة معًا أثناء الانقسام والانقسام الاختزالي. [وصلة]

    الأدلة المرئية

    • عدة (4) مواقع المروجين لـ Sp1 حوالي 300 قاعدة من طرف واحد. Sp1 هو عامل نسخ أصابع الزنك الذي يرتبط بالتسلسل 5 'GGGCGG 3' الموجود في محفزات العديد من الجينات ، وخاصة جينات "التدبير المنزلي".
    • عدة (5) مواقع محسن حوالي 800 قاعدة من الطرف الآخر. هذه مرتبطة ببروتين ملزم محسن معين ه 2.
    • 1860 زوجًا أساسيًا من الحمض النووي بين الاثنين.

    عندما تمت إضافة جزيئات الحمض النووي هذه إلى خليط من Sp1 و E2 ، أظهر المجهر الإلكتروني أن الحمض النووي قد تم سحبه في حلقات ذات "ذيول" من 300 و 800 زوج قاعدي تقريبًا.

    في عنق كل حلقة كان هناك قطعتان من المواد يمكن تمييزهما ، أحدهما يمثل جزيء Sp1 (أحمر) ، والآخر E2 (أزرق) جزيئات. (الصوران المجهرية متطابقة ، وقد تم تصنيف الصورة السفلية لإظهار التفسير).

    فشلت جزيئات الحمض النووي الاصطناعية التي تفتقر إلى مواقع المحفز أو مواقع المحسنات ، أو التي تحتوي على نسخ متحولة منها ، في تكوين حلقات عند مزجها بالبروتينين.

    أهمية "التكرار"


    المفاهيم الناشئة في عمل المحسن

    محسن أم كاتم للصوت؟

    نظرًا لأن بنية الكروماتين نفسها تشكل عائقًا كبيرًا أمام النسخ ، فقد كان البحث حول آليات تنشيط النسخ هائلاً. ومع ذلك ، هناك عناصر كاتم للصوت مستقل عن الموضع والتوجه في جينومات حقيقيات النوى تتوسط في قمع نشط للنسخ [251 ، 252]. مع فرضية أن كاتمات الصوت النشطة (1) ستكون حساسة للنوكلياز بسبب تجميع مجمعات البروتين المثبط - كما هو الحال مع المعززات ، (2) سيتم إثرائها بعلامات لاجينومية قمعية مثل H3K27me3 ، و (3) سوف تمنع نسخ الجينات المجاورة ، تم اكتشاف الآلاف من عناصر كاتم الصوت مؤخرًا في العديد من خطوط الخلايا البشرية [253]. تم إثراء كاتمات الصوت هذه بزخارف ملزمة للعديد من الكابتات ، كما تم التحقق من صحة العديد من كاتمات الصوت هذه تجريبياً في فحوصات المراسل. ركزت دراسة أخرى على كريات كريمات غير مسبوقة حساسة للنوكلياز والمخصب بـ TFBSs القمعية واستخدمت اختبارات مراسلة متوازية على نطاق واسع حددت الآلاف من كاتمات الصوت في العديد من خطوط الخلايا البشرية والفأرية [254]. تم العثور على العديد من هذه العناصر على اتصال مع الجينات غير النشطة في مجموعات البيانات Hi-C المنشورة.

    مثلما لا يُفترض أن يكون المُحسِّن نشطًا في جميع الخلايا ، كذلك يُتوقع أن يكون كاتم الصوت نشطًا في أنواع خلايا معينة. أيضًا ، تمامًا كما يمكن تعطيل المُحسِّن من خلال تجنيد البروتينات القمعية [255 ، 256] ، يمكن أيضًا تعطيل كاتم الصوت. وبالتالي ، اعتمادًا على وجود المُنشّطات أو عوامل الضغط ، قد يتم تبديل الهوية الوظيفية للمُعزِّزات والصمت. ومن المثير للاهتمام ، أن العديد من كاتمات الصوت تعمل كمعززات في أنواع مختلفة من الخلايا [254 ، 257]. نحن نتصور ستة سيناريوهات تنبثق من هذه الدراسات: التنشيط المباشر والقمع بواسطة المعززات وكواتم الصوت ، على التوالي القمع السلبي والتعبير عند طرد المنشطات والمضادات الحيوية من المعززات وكواتم الصوت ، على التوالي ، وعكس وظائف المحسن وكاتم الصوت عند اكتسابهم المكثفات والمنشطات ، على التوالى. ما إذا كانت هذه السيناريوهات تعمل بالفعل في انتظار أدلة تجريبية.

    تشمل المكثفات EPC

    على مدى السنوات الأخيرة ، أصبح من الواضح بشكل متزايد أن التفاعلات الكيميائية الحيوية المختلفة تخضع لفصل الطور السائل عن السائل (LLPS) إلى مكثفات داخل الخلية ، حيث لا يتم تعزيز كفاءة ودقة العمليات الجزيئية الحيوية فحسب ، بل يتم أيضًا تحسين الخصوصية التنظيمية والمعمارية. تم الحصول عليها دون الحاجة إلى حواجز غشائية [258 ، 259]. هناك عاملان مهمان للفصل الطوري للجزيئات: شبكة من التفاعلات بين الجزيئات المشاركة بحيث يكون التركيز المحلي مرتفعًا بشكل فعال وسطح الجزيئات موات بدرجة كافية لدعم مثل هذه التفاعلات - على سبيل المثال ، ميزة متعددة الوحدات تسمى "تعدد التكافؤ [260] ، حيث من المحتمل أن تبدأ كل وحدة تفاعلات. تتضمن أمثلة أسطح التفاعل متعدد التكافؤ في الجزيئات الكبيرة البقع غير المنظمة أو IDRs في البروتينات ، والبنية المعيارية لـ RNA ، و TFBS عالية كما هو الحال في المعززات ، وما إلى ذلك. . السمة الحاسمة لهذه القطرات السائلة هي تبادل الجزيئات مع المناطق المحيطة. يوفر هذا منصة مثالية لحدوث تفاعلات كيميائية حيوية متعددة المكونات. النسخ هو أحد هذه العمليات الجزيئية ، وتم وضع نظرية LLPS لتنظيم النسخ [261]. أظهرت الدراسات اللاحقة الآن أن مجمع الوسيط ، و TFs المختلفة مع IDRs ، والعوامل المساعدة ، و RNA Polymerase II (RNAPII) تشكل مكثفات أثناء النسخ [208 ، 262 ، 263 ، 264 ، 265]. تعزز تسلسلات الحمض النووي متعددة التكافؤ على المعززات تكاثف الـ TFs والمُنشطات المربوطة من خلال LLPS حتى بتركيزات معتدلة [266]. تم الإبلاغ عن أن LLPS تتسبب في اقتراب المعززات التي توجد بخلاف ذلك في TADs البعيدة [267] ، على الرغم من أن هذه الفكرة لم يتم اختبارها بدقة. ومع ذلك ، فقد أثبتت هذه الدراسات أن المكثفات المنفصلة الطور تتشكل على المعززات وترتبط بتنشيط النسخ. مع الأخذ في الاعتبار المكونات المختلفة لتنظيم النسخ التي تخضع لـ LLPS ، فمن الآمن افتراض أن مكثفات RNAPII-Coactivator تشمل EPCs (انظر الشكل 3 أدناه) ، على الرغم من أن الدليل القاطع مطلوب. تشير دراسة حديثة إلى أن تركيز الحمض النووي الريبي المحلي يمكن أن ينظم تكوين المكثفات والذوبان ، وبالتالي يعمل كآلية ردود فعل نسخية [268].

    تخطيطي للتنسيق النسخي بين المُحسِّن والمُحفِّز وجسم الجين. أ تعمل مجمعات البروتين المتعددة المتخصصة في العديد من الأنشطة الهيكلية والحفازة على إنشاء EPC. يحدث بدء توظيف ونسخ RNAPII في مكثف مفصول بالطور ("فقاعة نسخ") حيث يحدث استطالة النسخ المنتجة. يبقى RNAPII داخل فقاعة النسخ التي تشمل EPC ، مما يستلزم بثق قالب DNA المتجه نحو المصب إلى حلقة خلف - مع استمرار الاستطالة. يمثل التوظيف المتسلسل لـ RNAPII نسخ الجين في وحدات نسخ متعددة ، كل منها يشكل حلقة DNA كما هو الحال في بتلات عباد الشمس. ب بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن توجد المناظر الطبيعية للكروماتين للجين المستقر نسبيًا في ترتيب عباد الشمس حيث تمسك البروتينات المجمعة في مجموعات TFBS المُحسِنة والمُحسِّن بالقرب من EPC المباشر. يرافق بدء النسخ EPC المباشر. يمكن لهذا النموذج أن يكمل ويتعاون مع (أ). ج يمكن أن توجد محفزات جينية متعددة على مقربة جسدية مع مُحسِّن معين داخل مكثف مفصول بالطور ، مما يسهل تنشيط النسخ المنسق. وبالمثل ، يمكن أن يوجد مروج معين أيضًا بالاشتراك مع معززات متعددة في وقت واحد

    فقاعة النسخ في EPC

    تعد الحركة النسبية لقالب الحمض النووي مقابل بوليميريز الحمض النووي الريبي المطول مجالًا للنقاش النشط.هناك احتمالان: يترك RNAPII المروج بعد بدء النسخ ، والإيقاف المؤقت ، و "المسارات إلى الأمام" على طول قالب DNA مثل القاطرة مع تقدم تخليق الحمض النووي الريبي. بدلاً من ذلك ، يمكن أن يظل RNAPII مرتبطًا بالهياكل النووية بينما "ينبثق قالب الحمض النووي للخلف" أثناء استطالة السلسلة. منذ ما يقرب من 40 عامًا ، لاحظ بيتر كوك وزملاؤه أن "جسد" الرنا الوليدة مرتبط بالهياكل النووية - على الأرجح من خلال RNAPII نفسه [269]. أدى ذلك إلى نموذج "البثق للخلف" ، بينما يتمتع نموذج "التتبع للأمام" بقبول عام. من المنظور الخلوي لطاقة السكان ، سيكون من الهدر إشراك العديد من RNAPIIs على طول العديد من الجينات بشكل منفصل بحيث في أي وقت من الأوقات ، تملأ الآلاف من الجينات الناسخة الفضاء النووي بأكمله. هناك طريقة أكثر إنتاجية تتمثل في وجود مصانع نسخ [204] ، حيث يمكن نسخ تجمعات الجينات بطريقة منسقة. في الواقع ، توفر مكثفات RNAPII المرتبطة بالنسخ دعمًا لهذا الرأي [262].

    على مر السنين ، لاحظت العديد من الدراسات على مستوى الجينوم [170 ، 241 ، 270] والموضع المحدد [271 ، 272] اتصالات الجسم الجيني المحفز والتي ترتبط أيضًا بـ RNAPII. هذا ممكن فقط إذا ظل RNAPII على اتصال مع المروج والمناطق التي تم نسخها في اتجاه مجرى النهر في وقت واحد. في هذه الحالة ، فإن الطريقة الوحيدة لـ RNAPII لإطالة سلسلة RNA هي سحب القالب للخلف ، مما يتسبب في بثق الحمض النووي. في الواقع ، لاحظ بلوبيل وزملاؤه المُحسِّن والمُحفِّز والمناطق التقدمية لجسم الجين متماسكة معًا على مقربة شديدة مع استمرار النسخ [273]. أثناء دراسة حركية النسخ لـ جريب 1 locus ، لاحظنا أن منطقتين مرتبطتين بجسم SRC-3 (GBS1 و GBS2) تحملان المحسن والمروج بالقرب من خلايا MCF-7 المحرومة من استراديول (E2). ومع ذلك ، عند تحفيز E2 ، فإن GBS1 و GBS2 (18 كيلو بايت و 43 كيلو بايت في اتجاه مجرى المروج ، على التوالي) ينفصلان على الفور عن المُحسِّن مما يسمح بـ EPC المباشر ، ثم يعودان إلى الاتصال بـ EPC عندما تخضع منطقتهما للنسخ [ 128] ، دعم نموذج البثق. لقد قدمنا ​​ملاحظة مماثلة في NRIP1 المكان كذلك. في الآونة الأخيرة ، ظهر دليل قوي على هذا النموذج في شكل "خطوط" في الشبكة العصبية "Micro-C" ذات الدقة النووية المثالية للكروماتين المرتبط بالنسخ [274]. تمتد الشرائط من المحفز وتغطي الطول الكامل للجينات النشطة ، وهو أمر ممكن فقط إذا كانت العينات تمثل اتصال المحفز بجسم الجين بشكل تدريجي.

    من خلال أخذ الملاحظات المذكورة أعلاه جنبًا إلى جنب مع دراسات LLPS النسخية الأخيرة ، نقترح أن يكون المُحسِّن والمُحفِّز موجودًا داخل "فقاعة نسخ" مفصولة عن الطور ومُخصَّبة بالمُنشِّطات و RNAPII ، ويحدث استطالة النسخ عندما يتم سحب قالب DNA إلى الخلف. تسبب في حلقة بثق تدريجية (الشكل 3 أ). كشفت خريطة تفاعل RNA-RNA عالمية حديثة عن القرب المادي بين eRNAs والنصوص المستمدة من المروجين المستهدفين [275]. تستبعد المنهجية التجريبية في هذه الدراسة اكتشاف تفاعلات RNA-RNA في جزيئات البروتين النووي العائمة الحرة ، مع التأكيد على أن جهات اتصال eRNA-mRNA المحددة هي بوساطة الكروماتين ، وبالتالي تلخص EPC. لا يمكن إجراء مثل هذه الاتصالات المباشرة بين النصوص المثبتة بالكروماتين إلا عندما يكون المُحسِّن والمُحفِّز مقيمين في فقاعة نسخ أثناء النسخ (الشكل 3). من الممكن أيضًا أن تكون مواقع الجسم الجيني الإستراتيجي داخل الجين ، مثل GBS المخصب SRC-3 ، موجودة كمراكز TF-Coactivator مجمعة مسبقًا. في الواقع ، يوجد أكثر من نصف مجموعات TFBS الجينومية في مناطق intronic [276] والعديد من الجينات تحتوي على GBS المخصب SRC-3 الذي يتزامن مع مجموعات TFBS الداخلية [277] ومع ذلك ، لم يتم استكشاف أهميتها الوظيفية. نحن نتصور أن هذه المجموعات intronic TFBS تتجمع في محاور TF-coactivator مرتبطة للمساعدة في النسخ المنسق للجين في بنية ديناميكية تشبه بتلات عباد الشمس (الشكل 3 ب). في رأينا ، يمكن لمثل هذا السيناريو أن يفسر توافق النسخ المرئي في المعززات والجينات المستهدفة ، وتنسيق النسخ المنظم للمحسن لجسم الجين ، ومراقبة الاتصالات متعددة المحسنات والمحفزات المتعددة كما لوحظ في المقاييس الجينية [170 ، 241] ، بالإضافة إلى التنظيم المتزامن لأكثر من جين بواسطة مُحسِّن واحد (الشكل 3 ج) [221].

    التنظيم الداخلي لعمل المعزز

    فرع من فقاعة النسخ ونموذج عباد الشمس الموصوف أعلاه هو الاحتمال المحير للتنظيم الداخلي لعمل المعزز. نظرًا لأن المُحسِّن والمُحفِّز ومجموعات مجموعات TFBS الإستراتيجية (على سبيل المثال ، GBS) تحافظ على اتصال شبه دائم ، يمكن لمراكز البروتين النووي هذه أن تؤثر هيكليًا ووظيفيًا على بعضها البعض (الشكل 3 ب). ومن المثير للاهتمام ، ليس فقط التفاعلات الجينومية لـ GBS1 و GBS2 مع جريب 1 يتم إعادة تلخيص المحسن والمحفز في المختبر ، حيث يعمل تضمين شظايا GBS1 و GBS2 على تعزيز النسخ الخالي من الخلايا لكل من المحسن والمحفز [128]. تشير هذه النتائج إلى أن GBS1 و GBS2 قد يعملان كمحسّنات intronic ، لكن هذه العناصر لا تظهر أي توقيعات فوق جينية يمكن التعرف عليها من المعززات النشطة [144]. وبالتالي ، فمن المحتمل أن تشكل مجموعات TFBS الإستراتيجية فئة وظيفية جديدة من عناصر تنظيم الجينات التي لا تنظم EPC فحسب ، بل تؤثر أيضًا على عملية النسخ.


    جمع البيانات ومحتوى قاعدة البيانات

    جمع البيانات

    لجمع كاتمات الصوت ، اعتمدنا سلسلة من الإجراءات المعيارية لضمان جمع بيانات متسقة وموثوق بها (33-35). أولاً ، تم استرداد إجمالي 2300 ملخص باستخدام الكلمة الرئيسية "كاتم الصوت" من قاعدة بيانات PubMed بحلول يونيو 2020. ثم تمت تصفية هذه المقالات المرشحة بناءً على توفر المواقع الجينية لكواتم الصوت وشكل التعريف. تم تحديد كاتمات الصوت التي تم التحقق من صحتها إما بتقنيات تجريبية عالية الإنتاجية أو منخفضة الإنتاجية مثل MPRA و CRISPR ومقايسات تعداء عابرة ومقايسات المراسل. تم جمع كاتمات الصوت المتوقعة باستخدام النموذج القائم على الارتباط (29) ، والنموذج القائم على SVM (17) ، والنموذج القائم على gkmSVM (30) ، ونموذجنا DeepSilencer القائم على التعلم العميق المطور حديثًا. يحتوي الإصدار الحالي من قاعدة البيانات على كواتم صوت تم استردادها من إجمالي 456 مقالة تتعلق بكواتم الصوت التي تم التحقق من صحتها وثلاث مقالات تتعلق بكواتم الصوت المتوقعة. تمت مراجعة النص الكامل لكل مقال مرشح يدويًا بالتفصيل من قبل باحثين مستقلين على الأقل لاستخراج معلومات كاتمات الصوت. يحتوي كل إدخال على معلومات عامة مثل الأنواع وخط الخلية والجينوم المرجعي والموقع الجيني ومعرف PubMed للنشر بالإضافة إلى تفاصيل حول الطريقة التجريبية أو الحسابية المستخدمة لتحديدها (الشكل 1).

    نظرة عامة على جمع البيانات ومعالجة البيانات والتعليقات التوضيحية وميزات قاعدة البيانات في SilencerDB.


    الخلية

    المعززات وكواتم الصوت وعوامل النسخ

    تنظم عناصر المُحسِّن وكاتم الصوت النسخ من خلال ربط العديد من TFs التي تنشط النسخ أو تمنعه. تؤثر عناصر ربط عامل النسخ هذه على النسخ بغض النظر عن الموقع الذي قد يكون قريبًا من المروج الأساسي أو عدة مئات من أزواج القواعد من TSS ، أو حتى على الكروموسومات الأخرى. بالنظر إلى العدد المحدود لعوامل النسخ مقارنة بعدد الجينات الخاضعة لتنظيم النسخ ، والاستخدام المتكرر لنفس آلية النسخ ، فإن العناصر المحسّنة وإسكات الصوت الموجودة على مقربة وبعيدة هي التي توفر الكثير من التنظيم الزماني والمكاني للنسخ. من خلال ربط عوامل النسخ ، تقوم عناصر المُحسِّن بتوجيه الجينات التي سيتم نسخها ، ومتى يحدث النسخ ، والمدة ، ومستوى الشدة.

    يحدد الشكل المتسلسل لعناصر المحسن خصوصية ارتباط عامل النسخ ، على الرغم من أن هذه التسلسلات عادة ما تتدهور. قد تملي متغيرات تسلسل الإجماع قوة الارتباط بعامل نسخ معين ، أو الارتباط التفضيلي لشركاء ثنائيي الأبعاد معينين. قد تغير التسلسلات أيضًا تشكيل عامل النسخ المرتبط ، مما يؤثر على نشاطه. نسخ المنشطات قد يشجع تكوين معقد ما قبل (PIC) ، وينظم أحداث النسخ الأولية مثل البدء والاستطالة ، وتجنيد معدِّلات الكروماتين. المحفزات لها وظائف مماثلة ، ولكن لا ترتبط مباشرة بعناصر المحسن ، وبدلاً من ذلك ترتبط بالمنشطات المرتبطة بالمُحسِّن.

    تساعد عوامل النسخ في توظيف مجمع النسخ RNAPII وتوظيف مُعاد تشكيل الكروماتين. كيف تنظم المعززات البعيدة نشاط النسخ في المحفز الأساسي ، على بعد عدة مئات من أزواج القواعد؟ يرتبط مجمع الوسيط متعدد الوحدات الفرعية بعوامل النسخ البعيدة ويسبب حلقة الحمض النووي بحيث يكون الوسيط بالقرب من RNAPII ، والذي يرتبط به في المجال الطرفي C (CTD). بالإضافة إلى سد المسافة بين السحرات البعيدة و TSS ، يتوسط الوسيط أيضًا في فسفرة RNAPII في سيرين 5 (الشكل 12).


    نتائج

    اختيار H3K9ac كأفضل تعديل للهيستون لتحديد المعززات النشطة في الذرة

    في الثدييات ، تم عرض العديد من تعديلات الهيستون مثل H3K27ac و H3K9ac و H3K4me1 لتمييز المعززات النشطة [27 ، 28 ، 30]. لتحديد أي من تعديلات هيستون هذه تشير إلى أفضل معززات نشطة في الذرة ، قمنا بفحص إثراء H3K27ac و H3K9ac و H3K4me1 في محسن hepta-تكرار وغير ذلك رابطة الدول المستقلة-التسلسلات التنظيمية الموجودة في ب- أنا أليل ب 1 الجين. تم إجراء الشريحة على الأنسجة الجذعية الداخلية من شتلات الذرة V5 (V5-IST) وأنسجة قشر. محسن هيبتا تكرار ب- أنا، وتقع على 100 كيلو بايت المنبع من ب 1 موقع بدء النسخ (TSS) ، غير نشط في V5-IST ونشط في أوراق القشر [36]. سابقًا ، مُحسِّن تكرار hepta والتسلسلات التنظيمية

    45 كيلو بايت المنبع من ب 1 تم إثراءها بـ H3K9K14ac عندما تكون نشطة [36]. أشارت النتائج المعروضة هنا (الشكل 1) إلى أن الإثراء في كل من H3K9ac و H3K27ac كان أعلى بشكل ملحوظ في القشر مقارنةً بـ V5-IST عند مُحسِّن تكرار hepta (R3 و R6) ،

    45 كيلو بايت التسلسل التنظيمي المنبع (g) والمنطقة غير المترجمة 5 'من ب 1 (UTR). بناءً على هذه النتائج ، يبدو أن كلا من H3K9ac و H3K27ac يميزان المعززات النشطة. في المقابل ، كانت مستويات التخصيب H3K4me1 منخفضة نسبيًا في جميع أنحاء الجينات ب 1 المنطقة في كل من الأنسجة V5-IST والقشر. بالإضافة إلى ذلك ، في منطقة الترميز ، كانت مستويات التخصيب H3K4me1 أعلى في منخفضة ب 1 التعبير عن V5-IST مقارنة بنسيج القشرة عالي التعبير. لذلك ، على عكس الأنظمة الحيوانية [27 ، 37] ، ربما لا يكون H3K4me1 مناسبًا لتحديد المعززات في الذرة. نظرًا لأن التخصيب في منطقة المحسن في القشر بالنسبة إلى أنسجة V5-IST كان أعلى بالنسبة لـ H3K9ac ، فقد اخترنا تعديل هيستون هذا لتحديد المعززات النشطة على مستوى الجينوم.

    تحليل تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي للرقائق (qPCR) عند ب 1 لـ H3K27ac و H3K9ac و H3K4me1. أ التمثيل التخطيطي التابع ب 1 المكان. الأسهم العمودية مع حروف تشير إلى المناطق التي تم فحصها بواسطة ChIP-qPCR. ال ب 1 يشار إلى محسن هيبتا تكرار مع سبعة مثلثات سوداء، ال ب 1 منطقة الترميز بواسطة أ صندوق اسود و TSS من خلال عازمة سهم. قضبان رمادية تمثل TEs والتسلسلات المتكررة الأخرى. ب تخصيب H3K27ac و H3K9ac و H3K4me1 في ب 1 الموقع النسبي للتخصيب في الذرة الأكتين 1 مكان (الأكتين). شريط الاخطاء تمثل الخطأ المعياري لمتوسط ​​اثنين (H3K9ac ، H3K4me1) أو ثلاثة (H3K27ac) مكررات بيولوجية

    خط أنابيب متكامل لتحديد المعززات الخاصة بالأنسجة في الذرة

    تم إجراء تجارب DNase-seq و H3K9ac ChIP-seq و RNA-seq في نسجين ، V2-IST وقشر ، معزولين عن الخط المرجعي B73 (ملف إضافي 1: الشكل S1). تم اختيار هذه الأنسجة لتحديد المعززات الخاصة بالأنسجة وكذلك الخاصة بالمرحلة التنموية. تضمنت دراستنا مواد نمت في موقعين مختلفين (تم إجراء DNase-seq و H3K9ac ChIP-seq في معهد ماكس بلانك لأبحاث تربية النبات وجامعة أمستردام ، على التوالي) لذلك ، أجرينا تجارب RNA-seq لكل نسيج في ستة مكررات بيولوجية ، ثلاثة لكل موقع. كشفت مقارنة مستويات التعبير الجيني بين التكرارات في القراءات لكل كيلو قاعدة من النص لكل مليون قراءة معينة (RPKM) عن ارتباطات عالية بين التكرارات بين الموقعين (ملف إضافي 1: الشكل S2). أشار هذا الارتباط الكبير بين التكرارات والمواقع إلى أن البيانات قابلة للمقارنة ، مما يعني أن حالات الكروماتين للنباتات من كلا الموقعين كانت متشابهة. تم حساب مستويات التعبير الجيني ومستويات التعبير التفاضلي الكبير ، مع مراعاة التباين بين ستة مكررات. أظهرت الجينات التي تم تحديدها على أنها معبر عنها تفاضليًا بشكل كبير اختلافات ذات دلالة إحصائية في مستويات تعبيرها في كلا الموقعين.

    بعد المعالجة المسبقة للبيانات ، يتألف خط تنبؤنا المُحسِّن من ثلاث خطوات لتكامل البيانات (الشكل 2). أولاً ، تم تحديد ميزات الكروماتين أو الحمض النووي المخصب لثلاث مجموعات بيانات على مستوى الجينوم. بالإضافة إلى استدعاء قمم DNase-seq و H3K9ac ChIP-seq من مجموعات البيانات الخاصة بنا ، حددنا مناطق DNA منخفضة وغير ميثلة (LUMRs) من خلال إعادة تحليل بيانات BS-seq المنشورة [35]. من خلال أخذ التداخل بين مجموعات البيانات الثلاث ، تم تحديد المناطق التي تعرض جميع الميزات الثلاث كمناطق مرشح محسن. لقد ركزنا على المرشحين المحسّنين بين الجينات ، باستثناء مناطق المروج ، حيث من المرجح أن تتداخل ملفات تعريف الكروماتين الخاصة بالمُحسِّنات الموجودة بالقرب من مناطق الترميز وداخلها مع ملفات تعريف الكروماتين الخاصة بالمناطق الجينية ، مما يجعل من الصعب فصل المناطق التنظيمية الأساسية. تم تحديد المرشحين المعززين المتوقعين في نسيج واحد فقط كمرشحين خاصين بالأنسجة. تم تضمين العناصر القابلة للتحويل (TEs) في تحليلنا حيث تم عرض أو اقتراح بعض منها للعمل كمعززات في الذرة والكائنات الحية الأخرى [13 ، 38]. تضمنت الخطوة الثانية تحديد درجة خصوصية الأنسجة للمرشحين المحددين في كلا الأنسجة عن طريق تصنيف المرشحين بناءً على اختلافات شدة الإشارة بين النسجين. تم إجراء ذلك لكل من إمكانية الوصول إلى الكروماتين وإثراء H3K9ac ، متبوعًا بجمع الرتب وإعادة الترتيب. حددت الخطوة الأخيرة الجينات المستهدفة لمرشحات المحسنات ، بافتراض أن المعززات على الأرجح تنظم الجينات الموجودة مباشرة في المنبع أو في اتجاه مجرى النهر وأن التعبير الجيني وعلامات الكروماتين النشطة في المعززات مرتبطة بشكل إيجابي.

    سير العمل العام لهذه الدراسة. أولاً ، تم تحليل بيانات إمكانية الوصول إلى الكروماتين من بيانات تخصيب DNase-seq و H3K9ac من ChIP-seq وبيانات مثيلة الحمض النووي من BS-seq بشكل فردي. ثانيًا ، تم دمج البيانات الخاصة بالمناطق التي يمكن الوصول إليها والمناطق المخصبة بـ H3K9ac والمناطق منخفضة الميثيل من الحمض النووي للتنبؤ بالمعززات. ثالثًا ، تم تصنيف المرشحين المحسّنين بناءً على اختلافات شدة الإشارة لإمكانية الوصول إلى الكروماتين وبيانات تخصيب H3K9ac بين أنسجة القشر V2-IST. أخيرًا ، تم ربط مرشحي المحسنات بالجينات المستهدفة المفترضة بناءً على خصوصية الأنسجة الخاصة بهم وعلى التعبير التفاضلي للجينات المرافقة التي تحددها بيانات RNA-seq. بالنسبة للمرشحين المشتركين ، ارتبطت الجينات المجاورة التي يتم التعبير عنها في كلا الأنسجة

    توزيع ميزات الكروماتين في الجزء القابل للتعيين بشكل فريد من جينوم الذرة

    لتحديد إمكانية الوصول إلى الكروماتين ، وإثراء H3K9ac ، وانخفاض مثيلة الحمض النووي داخل الجينوم ، قمنا بتقسيم المناطق الجينية والجينية في الجينوم إلى ست فئات فرعية: المروجون exons introns الذي يحيط بالمناطق البعيدة بين الجينات و TEs (الشكل 3 أ). تم أخذ التعليقات التوضيحية الجينية من شرح الذرة B73 الإصدار 4 (تجميع AGPv4 [39]) من Ensembl Plants [40]. تم اعتبار TEs بين الجينات فقط في دراستنا تم حساب TEs الموجودة في introns كـ "introns". تم تعريف مناطق المروج على أنها 1 كيلو بايت في المنبع إلى 200 نقطة أساس في اتجاه مجرى النهر من TSS ، وبالتالي بما في ذلك أول نيوكليوزوم في اتجاه مجرى TSS. تم قياس تكوين جينوم الذرة B73 عن طريق حساب أعداد القواعد الضخمة في كل منطقة جينومية (الشكل 3 ب). نظرًا لأن 85 ٪ من جينوم الذرة متكرر للغاية [41] ، لا يمكن تعيين جزء مهم من قراءات تسلسل الجيل التالي بشكل فريد (ملف إضافي 1: الجدول S1) ، مما حال دون تحديد المُحسِّن في المناطق الجينومية المتكررة. لقد حددنا الأجزاء القابلة للتخطيط بشكل فريد من الجينوم من خلال إجراء محاذاة الكل مقابل الكل للقراءات النظرية أحادية الطرف 93 نقطة أساس ، مما يسمح بحد أقصى من عدم التطابق باستخدام خط أنابيب Uniqueome [42] ، والذي يقدر جزء القراءات المعينة بشكل فريد لـ كل نوكليوتيد (الشكل 3 ج). في الجينوم القابل للتعيين بشكل فريد ، تم تقليل نسبة TEs إلى ما يقرب من ربع الجينوم المجمع.

    التركيب الجينومي وتوزيع الميزات. أ تعريف المناطق الجينومية. يتم تعريف المروجين من 1 كيلو بايت إلى 200 نقطة أساس في اتجاه مجرى التيار من TSSs ، والمناطق المحيطة هي 4 كيلو بايت من المنبع من المروجين و 5 كيلو بايت في اتجاه مجرى النهر من TTSs. TE العناصر القابلة للتحويل ، القاصي المناطق الجينية التي تبعد أكثر من 5 كيلو بايت عن المناطق الجينية وليست TEs. ب تكوين جينوم الذرة بالكامل وفقًا لـ AGPv4 و (ج) الجينوم القابل للتخطيط بشكل فريد. توزيع لل (د, F) DHSs ، (ح, ي) H3K9ac ، (ل) LUMRs و (ن, ا) محسنات المرشحين على مناطق الجينوم المختلفة ، و (ه, ز, أنا, ك, م) الكسور (Mbp / Mbp ، من 0 إلى 1 ، المحاور ص) الميزات المختلفة (محاور س) في مناطق الجينوم المختلفة في الجينوم القابل للتخطيط بشكل فريد. ال أشرطة رمادية تشير إلى جزء من إجمالي الإشغال في الجينوم القابل للتعيين بشكل فريد.

    9212 DHSs الجينية محتملة رابطة الدول المستقلة- العناصر التنظيمية

    مواقع DNase I شديدة الحساسية (DHSs) هي مناطق جينومية أكثر حساسية لنشاط نوكلياز DNase I مقارنة بالمناطق المحيطة بسبب انخفاض كثافة النواة [43]. يعد رسم خرائط DHSs بواسطة DNase-seq نهجًا قويًا للتعرف عليه رابطة الدول المستقلة-المناطق التنظيمية ، بما في ذلك المعززات ، وقد تم استخدامها في العديد من الكائنات الحية بما في ذلك النباتات [20 ، 25 ، 44 ، 45 ، 46]. تم إجراء تجارب DNase-seq في مكررين بيولوجيين لكل من V2-IST وأنسجة قشر (ملف إضافي 1: الجدول S1). لأخذ تحيز الهضم الجوهري لـ DNase I في الاعتبار ، قمنا أيضًا بتضمين عينة تحكم تم إنشاؤها عن طريق هضم الحمض النووي الجيني B73 (gDNA) باستخدام DNase I. بعد تعيين القراءات التي تم الحصول عليها من كل مكتبة ، تم تحديد DHSs لكل مكتبة باستخدام ذروة استدعاء MACS2 [47].

    تم فحص استنساخ البيانات بين التكرارات البيولوجية عن طريق حساب عدد التراكبات DHS المحددة لجميع المجموعات الممكنة من التكرارات (ملف إضافي 1: الجدول S2). أظهرت هذه المقارنة أن 54-92٪ من DHSs تداخلت بمقدار 1 نقطة أساس على الأقل بين التكرارات. كان التداخل بين نسختين مكررتين V2-IST هو الأدنى (54٪ من 35906 قمم V2-IST_2 كانت متداخلة مع 21309 قمم V2-IST_1) حيث تم تحديد 1.5 مرة أكثر من القمم في عينة V2-IST_2. ظهر التداخل بين القمم المحددة في V2-IST وفي عينات القشر كبيرًا جدًا (على سبيل المثال لوحظ 80٪ من القمم المحددة في V2-IST_1 أيضًا في Husk_1) ، مما يشير إلى أن معظم DHSs ليست خاصة بالأنسجة. لاختيار DHSs عالي الثقة في كل من V2-IST وأنسجة قشر ، تم الاحتفاظ فقط بـ DHSs المتراكبة بنسبة 70 ٪ على الأقل من أطوالها بين التكرارات لمزيد من التحليل. لتحليل شدة الإشارة ، تم تجميع القراءات في جميع التكرارات البيولوجية لكل نسيج لتقدير التغطية الإجمالية للقراءات.

    لقد ربطنا فرط الحساسية DNase I ومستويات التعبير الجيني في أجسام الجينات ومناطق المرافقة المباشرة 1 كيلو بايت للتحقق الإضافي من مجموعة البيانات. لكل نسيج ، تم إهمال الجينات وفقًا لمستويات التعبير الجيني الخاصة بها وتم حساب متوسط ​​فرط حساسية DNase I ، المقاس بعدد مرات القراءة لكل مليون قراءة معينة (RPM) ، لكل حاوية باستخدام bwtools [48] (الشكل 4 أ و ب ). لوحظ وجود علاقة إيجابية بين مستويات التعبير وتغطية DNase-seq على المناطق الجينية ، وخاصة مباشرة في اتجاه المنبع من TSSs ومواقع إنهاء النسخ (TTSs). كان من الصعب الوصول إلى الكروماتين في الأجسام الجينية بين التدرج في التعبير الجيني. يؤكد وجود DHSs في TSSs والارتباط الإيجابي مع مستويات التعبير التي لوحظت في مجموعة البيانات لدينا الملاحظات السابقة في كل من الحيوانات والنباتات [21 ، 26 ، 49 ، 50 ، 51].

    متوسط ​​فرط الحساسية لـ DNase I وإثراء H3K9ac في المناطق الجينية. متوسط ​​الإشارة (في RPM) لفرط الحساسية DNase I في (أ) V2-IST و (ب) قشر ، ولإثراء H3K9ac في (ج) V2-IST و (د) قشر في الجينات والمناطق المحيطة بها 1 كيلو بايت. تم إهمال الجينات بناءً على مستويات تعبيرها ، من عدم وجود تعبير (لون فاتح) للتعبير العالي (اللون الداكن): تحتوي أقل حاوية مستوى تعبير على جميع الجينات بتعبير أقل من 1 RPKM. العتبات (في RPKM) هي 1.94 و 4.17 و 8.58 و 16.64 و 36.28 لـ V2-IST و 1.88 و 4.00 و 8.34 و 15.83 و 32.99 لأنسجة القشور

    تم حساب عدد DHSs لكل منطقة جينومية لفحص جزءها لكل منطقة جينومية (الشكل ثلاثي الأبعاد ، و). عند مقارنة توزيعات DHSs بالتوزيع العشوائي داخل الجينوم القابل للتعيين (ملف إضافي 1: الشكل S3A و B) ، لاحظنا تمثيلًا زائدًا واضحًا لـ DHSs عند المروجين (ص القيمة & لتر 0.001 اختبار التقليب). ومع ذلك ، كان 43٪ من DHSs ، في المجموع 9212 من 21،445 ، في مناطق متداخلة بين الجينات باستثناء المروجين (الشكل ثلاثي الأبعاد ، و): 7802 في V2-IST ، و 7123 في القشر و 5130 مشتركة بين كلا النسجين (الجدول 1 أ). بالإضافة إلى ذلك ، تم حساب جزء الجينوم الذي تم تسجيله كـ DHS (في Mbp) لكل فئة جينومية. إجمالاً ، احتلت DHSs حوالي 2 ٪ من الجينوم القابل للتعيين في كلا الأنسجة (الشكل 3 هـ ، ز). احتلت DHSs 10٪ و 8٪ من إجمالي مناطق المروج القابلة للتعيين في V2-IST والقشر ، على التوالي.

    تحدد ChIP-seq 6511 منطقة مخصبة بين الجينات H3K9ac

    تم الحصول على بيانات ChIP-seq H3K9ac من نسختين وثلاث مكررات بيولوجية لأنسجة V2-IST والقشر ، على التوالي. تمت محاذاة القراءات مع الجينوم المرجعي AGPv4 B73 وتم تحديد المناطق المخصبة H3K9ac ، مع أخذ عينة الإدخال في الاعتبار ، عن طريق استدعاء الذروة لكل تكرار باستخدام MACS2 [47].

    لفحص إمكانية التكاثر بين التكرارات ، تم حساب المناطق المخصبة H3K9ac المتداخلة لجميع مجموعات التكرار ، مما يُظهر تداخلًا بنسبة 62-96 ٪ داخل الأنسجة (ملف إضافي 1: الجدول S3). بالنسبة لبيانات DNase-seq ، تم الاحتفاظ بالمناطق المخصبة بـ H3K9ac مع تداخل بطول لا يقل عن 70 ٪ بين جميع التكرارات لمزيد من التحليل وتم تجميع القراءات في التكرارات لحساب التغطية في كل نسيج. لقد ربطنا مستويات التعبير الجيني بمستويات تخصيب H3K9ac عبر أجسام الجينات ومناطقها المرافقة 1 كيلو بايت (الشكل 4 ج ، د) ولاحظنا ذروة تخصيب H3K9ac فورًا بعد TSS وزيادة المستويات عبر أجسام الجينات مقارنة بالمناطق المحيطة بالجينات. في منطقة ذروة TSS ، أظهر التعبير الجيني ومستويات H3K9ac ارتباطًا مكافئًا ، مما يدل على تشبع الصناديق الأعلى وتقليل الإشارة للأعلى. في أجسام الجينات ، كان H3K9ac أقل في الصناديق الثلاثة الأعلى منه في الصناديق الثلاثة التالية. أشارت دراسات سابقة أجريت على الخميرة والذرة إلى فقدان الجينوم للنيوكليوسومات في جينات عالية التعبير [26 ، 52]. يمكن أن تفسر مستويات النوكليوسوم المنخفضة الانخفاض في H3K9ac الذي لوحظ في جينات الذرة المعبر عنها بدرجة عالية. تم الإبلاغ سابقًا عن الارتباطات بين مستويات تخصيب H3K9ac 3 لمستويات TSS ومستويات التعبير الجيني [30 ، 53 ، 54]. تشير بياناتنا إلى أن مستويات تخصيب H3K9ac وصلت إلى تشبع الجينات ذات مستويات التعبير العالية.

    لتقدير عدد المحسنات المحتملة بين الجينات من مجموعات بيانات H3K9ac ، تم فحص التوزيع الجيني للمناطق المخصبة بـ H3K9ac من خلال حساب أعداد المناطق المخصبة بـ H3K9ac في الأنواع المختلفة من المناطق الجينومية (الشكل 3 أ ، ح ، ي) . كما رأينا في DHSs ، لوحظ تمثيل زائد واضح للمناطق المخصبة H3K9ac عند المروجين عند مقارنتها بالتوزيع العشوائي (ص القيمة & lt 0.001 اختبار التقليب ، ملف إضافي 1: الشكل S3C و D). في كلا الأنسجة ، ما يقرب من 70 ٪ من جميع المناطق المخصبة بـ H3K9ac الموجودة في المروجين يكون هذا التخصيب أكثر وضوحًا من DHSs (حوالي 40 ٪) ، مما يشير إلى وجود H3K9ac عند المروجين في غياب DHSs. كان عدد المناطق المخصبة بين الجينات H3K9ac ، باستثناء المروجين ، 6511 في المجموع 3115 في V2-IST ، و 6213 في قشر و 2668 مشتركة بين كلا الأنسجة (الجدول 1 ب).

    تشغل المناطق المخصبة بشكل عام H3K9ac 2 ٪ و 7 ٪ من الجينوم القابل للتعيين بشكل فريد لـ V2-IST والقشر ، على التوالي (الشكل 3 أ ، ك). الكسر الموجود في القشر أكبر منه في V2-IST نظرًا لوجود مناطق أكثر إثراءً بـ H3K9ac بمقدار 1.5 ضعفًا في القشر وكانت هذه المناطق أطول أيضًا (ملف إضافي 1: الشكل S4A ، متوسطات 603 نقطة أساس و 1015 نقطة أساس في V2-IST و قشر ، على التوالي). يرجع الجانب الأخير جزئيًا إلى دمج المناطق المخصبة بـ H3K9ac من ثلاث مكررات للقشر واثنان لـ V2-IST. ومن المثير للاهتمام ، على الرغم من الزيادة في المناطق المخصبة بـ H3K9ac في القشر مقارنة بـ V2-IST ، لم يلاحظ أي اختلاف في توزيع مستويات التعبير الجيني بين الأنسجة (ملف إضافي 1: الشكل S4B). تشير هذه الملاحظة إلى أن عدد الجينات النشطة متشابه بين النسجين ومستقل عن العدد المحدد للمناطق المخصبة بـ H3K9ac.

    46935 منطقة جينية ذات مثيلة منخفضة للحمض النووي هي عوامل محسنة محتملة

    تم اختيار مثيلة الحمض النووي المنخفض كخاصية ثالثة لتحديد المعززات بسبب ارتباطها الإيجابي بنشاط المعزز في الثدييات والنباتات [29 ، 36 ، 55 ، 56 ، 57 ، 58]. لإحصاء عدد المعززات المحتملة في جينوم الذرة B73 ، تم استخدام بيانات BS-seq المتاحة للجمهور والتي تم الحصول عليها من براعم نبات B73 [35]. كشفت الدراسات في Arabidopsis أن مستويات مثيلة الحمض النووي في سياقات CG (mCG) و CHG (MCHG) (H هي A أو C أو T) مستقرة للغاية في الأنسجة النباتية المختلفة [59 ، 60]. علاوة على ذلك ، قدمت الدراسات الخاصة بالموقع [36] والدراسات على مستوى الجينوم في الذرة ([61] RO ، MS و NMS ، ملاحظات غير منشورة) أدلة قليلة على التغييرات في مستويات mCG أو mCHG في الأنسجة النباتية المختلفة ، مما يبرر استخدام تبادل لاطلاق النار Coleoptile مجموعة البيانات. حددنا المناطق التي تحتوي على 20 ٪ أو أقل من مثيلة الحمض النووي في سياقات CG و CHG بشكل مستقل ، متبوعًا بتعريف LUMRs كمناطق كانت منخفضة في كل من mCG و mCHG. لم يتم تضمين البيانات حول مثيلة الحمض النووي في سياق CHH (mCHH) في خطوة التنبؤ المحسن لأنه ، مقارنة بمتوسط ​​مستويات mCG و mCHG (86٪ و 74٪ ، على التوالي) ، تكون مستويات mCHH منخفضة بشكل عام في الذرة (2٪) ، كما هو الحال في الأنواع النباتية الأخرى [35 ، 62 ، 63]. تم التحقيق في توزيع LUMRs داخل الجينوم عن طريق حساب عددها في كل منطقة جينومية (الشكل 3 لتر). كشف توزيع LUMRs في الجينوم القابل للتعيين بشكل فريد عن إثراء في المناطق الجينية ، وخاصة في exons ، وفي المروجين (ص القيم & lt 0.001 اختبار التقليب لجميع الفئات الجينومية) ، ولكن ندرة في TEs (ص value = 1 اختبار التقليب لـ TEs) هذه الملاحظة متسقة مع حقيقة أن معظم TEs ميثيل بدرجة عالية [35 ، 64 ، 65]. كشف التحقيق في كسور LUMR أن ما يقرب من 50 ٪ من المناطق الجينية منخفضة الميثيل ، مما يزيد إلى ما يقرب من 60 ٪ لمناطق المروج والإكسونات ، في حين أن جميع TEs تقريبًا ميثيل بدرجة عالية (الشكل 3 م). لتحديد المرشحين المحتملين بين الجينات ، ركزنا على LUMRs بين الجينات ، باستثناء المروجين. حددنا 46،935 LUMR بين الجينات كمناطق مرشح محسن محتمل.

    تكامل الميزات للتنبؤ بالمرشح المحسن

    للتنبؤ بالمرشحين المحسّنين ، قمنا بدمج مجموعات بيانات DHS و H3K9ac و LUMR التي تمت مناقشتها أعلاه. أولاً ، قمنا بحساب عدد LUMRs و DHSs ، أو LUMRs و H3K9ac المخصبة ، متداخلة بما لا يقل عن 1 نقطة أساس مع بعضها البعض. تم التحقيق في التداخل بين ميزات الكروماتين في كل من الأنسجة وكشف أن أكثر من 97 ٪ و 99 ٪ من المناطق المخصبة من DHS و H3K9ac ، على التوالي ، متداخلة مع LUMRs (الجدول 1). عادةً ما تكون DHSs أقصر من LUMRs (ملف إضافي 1: متوسط ​​الشكل S4A يبلغ 484 و 452 نقطة أساس لـ V2-IST والقشر ، مقابل 834 نقطة أساس ، على التوالي). في حين أن معظم مناطق DHS أو H3K9ac المخصبة قد تم توطينها داخل LUMRs ، إلا أن حوالي 20 ٪ فقط من إجمالي DHSs و H3K9ac تتداخل مع بعضها البعض (الجدول 1).

    من المتوقع أن تتم الإشارة إلى المعززات النشطة من خلال مصادفة إمكانية الوصول إلى الكروماتين وإثراء H3K9ac وانخفاض مثيلة الحمض النووي [29 ، 36]. لذلك قمنا بتصفية LUMRs بناءً على وجود أو عدم وجود مناطق DHS و H3K9ac المخصبة وحددنا LUMRs متداخلة مع كل من DHSs و H3K9ac المخصب كمرشحين فعالين (الشكل 2). على التوالي ، تم تحديد 398 و 1320 مرشحًا في V2-IST وفي قشر ، تمت مشاركة 223 منهم بين الأنسجة ، مما أدى إلى إجمالي 1495 مرشحًا محسنًا (ملف إضافي 2: Dataset 1 وملف إضافي 3: Dataset 2). تم تحديد موقع إجمالي 256 V2-IST و 775 قشر مرشحًا على بعد أكثر من 5 كيلو بايت و 208 V2-IST و 623 مرشح قشر تم تحديد موقعهم على بعد أكثر من 10 كيلو بايت من أقرب جيناتهم المرافقة. في أنسجة V2-IST والقشر ، كانت المسافات المتوسطة بين المرشحين وأقرب جيناتهم 11.4 كيلو بايت و 8.4 كيلو بايت ، بينما كانت أكبر المسافات 438 كيلو بايت (Zm00001d004626) و 498 كيلو بايت (Zm00001d030489) ، على التوالي. أشار تقاطع مرشحينا مع مجموعة بيانات منشورة لمقارنات التسلسل بين جينومات الأرز والذرة إلى أن 41 (10٪) V2-IST و 241 (18٪) مرشح قشر يحتوي على تسلسلات محفوظة غير مشفرة (CNSs). التداخل بين العناصر المرشحة للمحسن والجهاز العصبي المركزي أعلى من المتوقع للسمات العشوائية ([66] ، ص القيمة & لتر 0.001 اختبار التقليب).

    المرشحين المحسن والعناصر القابلة للتحويل

    ومن المثير للاهتمام ، أن 133 (33٪) V2-IST و 370 (28٪) مرشح قشر تداخلوا بما لا يقل عن 1 نقطة أساس مع TEs (الجدول 2). في معظم الحالات ، تداخل المحسنات المرشحة مع TEs (محسن TE) أكثر من 80 ٪ من طولها أو كانت موجودة بالكامل داخل TEs. يعد عدد معززات TE هو الأعلى بالنسبة إلى الينقولات العكسية التكرارية الطويلة (LTR) ، تليها الهليترونات والتكرار المقلوب الطرفي (TIR) ​​TEs ، بما يتوافق مع جزء الجينوم ، تساهم الطلبات الثلاثة لـ TEs في مساحة TE للذرة الجينوم [39]. يتم حساب مساحة TE هذه بأخذ متوسط ​​الطول لـ TEs وعددها في الاعتبار (136000 لتر بمتوسط ​​طول 9282 نقطة أساس ، و 21000 هيليترون بمتوسط ​​طول 3605 نقطة أساس و 14000 TIR بمتوسط ​​طول 621 نقطة أساس). يتم تضمين عدد صغير من عناصر TIR (سبعة) بالكامل في مرشحات مُحسِّن ، ربما تمثل حالات نادرة حيث لا يؤدي إدخال TE صغير في الكروماتين المفتوح إلى تعطيل وظيفة المُحسِّن. في الواقع ، هذه السبعة TIRs تقع في نطاق 83-199 نقطة أساس تتداخل مع ذروة H3K9ac ، وستة لا تتداخل مع ذروة DHS أو H3K9ac كلها مخصبة في mCHH (ملف إضافي 1: الشكل S5A و B). لمزيد من تقييم إمكانات TEs لإنشاء معززات ، بالنسبة للتحليلات المتبقية ، ركزنا على المجموعة الفرعية من TEs التي تحتوي على 80 ٪ على الأقل من معزز (الجدول 2).

    لم يختلف متوسط ​​المسافة بين TEs وأقرب جيناتها بين جميع TEs و TEs التي تحتوي على مرشحين محسّنين (متوسط ​​المسافة 40.4 كيلو بايت و 42.5 كيلو بايت ، على التوالي ملف إضافي 1: الشكل S6A و B). تميل TEs التي تحتوي على مرشحين إلى أن تكون أطول من TEs الأخرى. لتقييم ما إذا كان من المحتمل أن يتداخل المرشحون المحسنون مع المروجين الذين ينشئون نسخًا وظيفية لـ TEs ، قمنا بفحص توزيع المرشحين داخل TEs. تم توزيعها بشكل عشوائي داخل TEs ، بينما من المتوقع أن يكون المروجون الوظيفيون TE في نهايات TE ، مما يشير إلى أنه من غير المحتمل أن يكون معظم المرشحين داخل TEs في موقع المروج الوظيفي لـ TEs (ملف إضافي 1: الشكل S6C).

    استكشفنا إمكانية أن تكون بعض عائلات TE مصدرًا للمعززات في جميع أنحاء الجينوم من خلال البحث عن أمثلة احتوى فيها العديد من أفراد عائلة TE نفسها على مرشحين محسّنين (ملف إضافي 4: Dataset 3). في معظم الحالات ، يتداخل عضو واحد فقط من عائلة TE مع مرشحات مُحسِنة ، باستثناء بعض عائلات TE الكبيرة جدًا. تم اختبار إثراء عائلات TE في المعززات المرشحة بافتراض التوزيع ذي الحدين وتطبيق تصحيح Bonferroni للاختبار المتعدد. أظهرت ثلاث عائلات من TE فقط إثراءًا كبيرًا لمرشحات المحسنات (تتوفر التعليقات التوضيحية RLG00010 و RLG00357 و RLG01570 من Gramene [67] وتصنيفات TE من قاعدة بيانات Maize TE [http://maizetedb.org]). تم إثراء عائلة LTR Gypsy RLG00010 بشكل ملحوظ (ص القيمة & lt 0.001) ، متداخلة مع سبعة V2-IST و 23 مرشحًا محسنًا للقشر. يمثل هذا جزءًا مهمًا من جميع معززات TE في الأنسجة (7٪ و 8.6٪ لـ V2-IST والقشر ، على التوالي). تم اختيار عائلة RLG00010 لمزيد من التحليل.

    لوحظت نفس الاتجاهات لأعضاء RLG00010 المتداخلين مع مرشحين محسنين كما هو الحال بالنسبة لجميع TEs: توزيع مماثل لمسافات TEs إلى أقرب جين مرافئ لهم (ملف إضافي 1: الشكل S6B و D) ، ومتوسط ​​طول أطول لـ TEs متداخلة مع المرشحين (10895 نقطة أساس مقارنة بـ 8517 نقطة أساس ، ملف إضافي 1: الشكل S6A و E). يتم عرض أمثلة نموذجية لـ RLG00010 TEs المتداخلة مع مرشحات المحسنات في الملف الإضافي 1: الشكل S5C. لفحص ما إذا كان أفراد عائلة RLG00010 المتداخلون مع مرشحين محسّنين قد تم إثرائهم لتسلسلات إجماع محددة تتعلق بأفراد الأسرة الآخرين ، تم استخدام العديد من أدوات تحليل عزر de novo [68،69،70،71]. عند مقارنة النتائج من الخوارزميات المختلفة ، برز نموذج GGCCCA على أنه متكرر (وجده MEME مع ص القيمة & lt 0.0039 ، DREME مع ص القيمة & lt 0.043 ، محطات RSAT بقيمة E تبلغ 2.9e –7). تم اكتشاف هذا الشكل ، المسمى أيضًا شكل الموقع الثاني ، في مناطق محفز لجينات مختلفة يتم التعبير عنها بشكل كبير ، على سبيل المثال جينات الهليكاز الريبوزومية و DEAD-box RNA [72،73،74]. عوامل نسخ TCP و ASR5 هي أمثلة على البروتينات التي تظهر أنها تربط عزر GGCCCA [75 ، 76]. كشف المسح بحثًا عن الفكرة باستخدام FIMO [77] أن معظم المرشحات المُحسِنة تحتوي على نموذج GGCCCA بغض النظر عن التداخل مع عائلة RLG00010 (ملف إضافي 1: الجدول S4). في الواقع ، بالمقارنة مع المتواليات العشوائية بين الجينات ، أظهر المرشحون المحسنون إثراءًا مزدوجًا للعنصر (ص & lt 0.001). في المقابل ، لم يتم إثراء الفكرة في عائلة RLG00010 على هذا النحو بغض النظر عن ارتباطهم بالمرشحين.

    توصيف مرشحات المحسنات

    في البشر ، تُظهر المعززات عمومًا نمطًا ثنائي الاتجاه من سمات الحمض النووي والكروماتين والنسخ. توجد تعديلات هيستون مثل H3K27ac ، بالإضافة إلى نسخ eRNA ، على كلا الجانبين بالنسبة إلى قمم DHS المفردة [4]. شرعنا في تحليل ما إذا كانت ميزات الحمض النووي والكروماتين في معززاتنا المرشحة تعرض الاتجاه. تم استخراج التغطيات المقروءة لـ DNase-seq و H3K9ac ChIP-seq و DNA methylation في جميع السياقات الثلاثة لكل DHS الموجود في مرشحات المحسنات ومناطق المنبع والمصب التي يبلغ حجمها 1 كيلو بايت (431 مرشحًا في V2-IST و 1437 في قشر) (الشكل 5). لاحظ أن عدد DHSs كان أعلى من عدد المرشحين المعززين لأن العديد من DHSs يمكن أن تكون موجودة في مرشح واحد. يتم عرض متوسطات التغطيات المقروءة في الشكل 6. أشارت الملاحظات التجريبية إلى أن H3K9ac غالبًا ما يتم إثرائه في جانب واحد فقط من DHSs (انظر على سبيل المثال الشكل 7 والملف الإضافي 1: الشكل S7). لذلك ، تم تحديد اتجاه DHS استنادًا إلى مستويات تخصيب H3K9ac 300 نقطة أساس من DHSs ، والجوانب ذات قيمة تخصيب H3K9ac الأعلى ، إن وجدت ، يتم تعريفها على أنها 3 'end. تم التحقق من عدم التناسق الملحوظ بشكل أكبر من خلال رسم قيم تخصيب H3K9ac من كلا جانبي DHSs مع وبدون الاتجاهات المحددة مسبقًا لجميع DHSs (ملف إضافي 1: الشكل S8). بالنسبة إلى DHSs التي تُظهر تخصيب H3K9ac على جانبي ما لا يقل عن 0.5 دورة في الدقيقة ، أظهر 241 من أصل 431 في V-IST و 841 من 1437 في قشر إثراء H3K9ac غير متماثل كما هو موضح من خلال تغيير مزدوج على الأقل في تخصيب H3K9ac بين المنطقتين المتجاورتين.

    خرائط الحرارة من ميزات الكروماتين والحمض النووي والنسخة في مرشحات المحسنات. فرط حساسية DNase I ، وإثراء H3K9ac ، ومستويات mCG ، و mCHG و mCHH ، ووجود TEs ومستويات النسخ عند وحول (± 1 كيلو بايت) DHSs في مرشحات المحسنات. تم تحجيم DHSs إلى نفس الحجم. ال جداول اللون هي في RPM لحساسية DNase I ، وإثراء H3K9ac ومستويات النسخ ، وفي تردد المثيلة (0-1) لمثيلة الحمض النووي. لتسلسلات TE ، أحمر و أبيض إظهار وجود أو عدم وجود TEs ، على التوالي. تم تجميع DHSs بناءً على تخصيب H3K9ac باستخدام خوارزمية التجميع k-mean (k = 4). تم ترقيم الفئات المحددة من 1 إلى 4 من الأعلى إلى الأسفل. تم توجيه جميع DHSs بناءً على قيم كثافة التخصيب H3K9ac 300 نقطة أساس بعيدًا عن حدود DHS ، وتم تحديد الجانب الذي يحتوي على نسبة تخصيب أعلى من H3K9ac على أنه 3 'نهاية

    متوسط ​​الملفات الشخصية للمرشحين المعززين في (أ) V2-IST و (ب) قشر. متوسط ​​شدة إشارة DNase I فرط الحساسية ، وإثراء H3K9ac في مستويات RPM ومثيل الحمض النووي في تردد المثيلة في DHSs والمناطق المحيطة بها 1 كيلو بايت. تم تحجيم DHSs إلى نفس الحجم.قبل حساب المتوسط ​​، تم توجيه جميع DHSs بناءً على قيم كثافة التخصيب H3K9ac 300 نقطة أساس بعيدًا عن حدود DHS ، تم تحديد الجوانب ذات التخصيب العالي H3K9ac على أنها 3 'نهاية. تُظهر الملفات الشخصية إثراءًا تفضيليًا واضحًا لـ H3K9ac 3 'لـ DHSs ومستويات عالية من مثيلة الحمض النووي (سياق CG و CHG) حول مناطق DHSs و H3K9ac المخصبة. مستوى mCHH منخفض في جميع المناطق مع زيادة طفيفة في الجانب 5 من DHSs

    مثال على بيانات عن (أ) النرد و (ب) ب 1 كرر محسن. من أعلى: شرح AGPv4 والتعليق التوضيحي للمرشح من توقعاتنا (الخامس V2-IST ، ح مرشح قشر) ، فرط حساسية DNase I وإشارة تخصيب H3K9ac (جميع النسخ المتماثلة المجمعة) وموضع الذروة (المشار إليه باسم أزرق و الحانات الخضراء، على التوالي) في V2-IST وفي أنسجة القشور ومستويات mCG و mCHG و mCHH وإمكانية التخطيط الفريدة بالنسبة المئوية. تشير الأرقام الموجودة تحت أسماء الجينات إلى مستويات التعبير الجيني النسبية (V2-IST / husk). على الرغم من أن ب 1 locus على الكروموسوم 2 ، في الإصدار الحالي من مجموعة AGPv4 ، فإن ملف ب 1 يقع الجين في contig 44 (B ، على حق التابع خط عمودي رمادي). ال أشرطة زرقاء داكنة تشير مسارات الشرح الجيني إلى معززات ومفترضة معروفة مسبقًا رابطة الدول المستقلة-العناصر التنظيمية. ال مربعات حمراء عمودية تشير إلى المحسنات المرشحة المحددة في هذه الدراسة. قد لا تكون القمم في تلك المسارات موجودة في كل تكرار ، مما يؤثر على تنبؤ مرشح المحسن

    تم تجميع العناصر المرشحة للمُحسِّن في أربع فئات بناءً على أنماط تخصيب H3K9ac باستخدام خوارزمية تجميع الوسائل k وتم ترقيم الفئات وفقًا لمظهرها في خرائط الحرارة (الشكل 5). تم تحديد الأنماط المتوسطة لكل فئة (ملف إضافي 1: الشكل S9). أظهرت خرائط الحرارة والملامح أنه يمكن إثراء H3K9ac بشكل أساسي على جانب واحد من DHSs (الفئتان 1 و 2) ، ضمن DHSs (الفئة 3) أو موجودة على كلا الجانبين ولكن من الواضح أنها مخصبة في أحدهما (الفئة 4) (الشكل 5 و ملف إضافي 1: الشكل S9).

    مقارنة DNase-seq أو H3K9ac ChIP-seq قراءة التغطيات مع توزيع مستويات mCG و mCHG ، ولكن أيضًا الملامح المتوسطة ، تشير إلى أن إمكانية الوصول إلى الكروماتين العالية ومستويات تخصيب H3K9ac كانت حصرية مع مستويات مثيلة عالية من الحمض النووي (الشكلان 5 و 6 والإضافات) ملف 1: الشكل S9). تُظهر الملفات الشخصية المتوسطة هضبة وانحدارًا حادًا لـ mCG و mCHG في الجانب 5 'من DHSs (الشكل 6). في الفئات 1 و 2 و 4 ، في الجانب 3 'من المحسنات المرشحة ، زادت مستويات mCG و mCHG تدريجياً (الشكل 6 ، ملف إضافي 1: الشكل S9). تشير هذه الأنماط إلى تحول حاد في مستوى مثيلة الحمض النووي عند حدود 5 'DHS وانتقال أكثر تدريجيًا عند حدود H3K9ac. ومع ذلك ، قد يتم إخفاء الانتقال الحاد في نهايات 5 من المرشحين في ملف التعريف المتوسط ​​من خلال الحجم المتغير للمناطق المخصبة H3K9ac. تماشياً مع هذا ، فإن ملف تعريف مرشحي الفئة 3 ، الذين لديهم H3K9ac في DHSs نفسها ، أظهر حدودًا حادة على جانبي المرشحين. كانت مستويات mCHH أقل من مستويات mCG و mCHG ، كما هو متوقع [35]. تماشياً مع الدراسات السابقة [61 ، 62] ، حددت mCHH الحدود بين المناطق منخفضة وعالية الحمض النووي الميثيل كما يتضح من المستوى المرتفع نسبيًا لـ mCHH ، ممثلة بقمة mCHH صغيرة في الملامح المتوسطة ، عند حدود 5 'من DHSs (الشكلان 5 و 6 وملف إضافي 1: الشكل S9).

    تم إنشاء خرائط حرارية وملفات تعريف إضافية لتوضيح مواقع TEs والنصوص للفئات الأربع. تشير خرائط الحرارة إلى أن TEs غطت جميع المناطق المحددة ، مما يدل على استنفاد طفيف عبر DHSs ولكن لا يوجد نمط واضح عبر الميزات الأخرى (الشكل 5). في النماذج الحيوانية ، تتميز المعززات بنسخ ثنائي الاتجاه ويتم إثراء المناطق المنسوخة ، من بين أمور أخرى ، بـ H3K27ac [4]. في بياناتنا ، كانت مستويات النسخ منخفضة بشكل عام عند المرشحين باستثناء عدد قليل من النصوص التي تظهر داخل و / أو خارج DHS (الشكل 5) ، مما يجعل اكتشاف النسخ ثنائي الاتجاه صعبًا للغاية. بالإضافة إلى هذا الغياب لمستويات قابلة للاكتشاف من النسخ ثنائي الاتجاه ، فإن التوزيع الواضح غير المتماثل H3K9ac في غالبية مرشحي محسنات الذرة يشير إلى أن المرشحين لديهم تشابه أكبر مع TSSs من معززات الحيوانات [4].

    تتشابه ملامح سمات الحمض النووي والكروماتين في مرشحات المحسنات و TSS

    لاستبعاد احتمال أن يكون المرشحون المحسنون لدينا هم في الواقع TSSs من الجينات غير الموصوفة ، قمنا بمقارنة أنماط الحمض النووي الخاص بهم وميزات الكروماتين وميزات النسخ مع تلك التي لوحظت في TSSs المشروحة عن طريق الاختيار العشوائي لـ 431 و 1437 DHS الموجودة في TSSs لـ V2-IST و قشر ، على التوالي (ملف إضافي 1: الشكل S10). تم توجيه المناطق المحددة وفقًا لتوجيه 5 "إلى 3" للجينات المرافقة وتم تحليلها باستخدام خوارزمية التجميع k-mean (k = 3). بشكل عام ، تعرض الخرائط الحرارية والملفات الشخصية المتوسطة لـ DHSs في TSSs إشارة مثيلة قوية للحمض النووي عند الأطراف 5 'من DHS وإثراء في H3K9ac وتراكم النصوص في نهايات 3 من DHSs (ملف إضافي 1: الشكل S10 و S11). كشفت خرائط الحرارة والمتوسطات الخاصة بـ TSSs والمرشحين المحسّنين عن أنماط مماثلة من إمكانية الوصول إلى الكروماتين و H3K9ac ، لكنها اختلفت في مستويات النسخ (أعلى في TSSs المشروحة) وتوزيع mCG و mCHG (مرتفع على كلا الجانبين للمرشحين ، بينما يقتصر على جانب 5 'لـ TSSs المشروحة) (الشكلان 5 و 6 ، ملف إضافي 1: الشكلان S10 و S11). كان متوسط ​​مستوى النص في المحسنات المرشحة 6.6 مرة أقل من ذلك في تسلسل الترميز في V2-IST ، لا يمكن حساب تغيير الطية للقشر لأن مستويات التعبير المرشح لها متوسط ​​0 RPKM (ملف إضافي 1: الشكل S12). فئة واحدة (الفئة 3) ، أظهرت نشاط نسخ وإثراء H3K9ac على كلا الجانبين (ملف إضافي 1: الشكل S10). كانت DHSs في هذه الفئة محاطة بجينين متقاربين التوجه ومتقاربين أو بجينات TSS بديلة تقع في مناطق المنبع.

    تم وصف تعديل هيستون H3K4me3 مسبقًا لتمييز المواد الصلبة الذائبة عن المحسنات [21 ، 78 ، 79 ، 80]. أشار تحليل بيانات سلسلة ChIP المنشورة لـ H3K4me3 في ورقة شتلة الذرة الثالثة [61] إلى أن 24٪ و 11٪ من V2-IST ومرشحات محسنات القشور ، على التوالي ، متداخلة مع المناطق المخصبة H3K4me3 (ملف إضافي 1: الشكل S13) ، والتي يمكن أن تلمح إلى TSSs التي لم يتم توضيحها. ومع ذلك ، كان إثراء H3K4me3 المرصود عند المرشحين المعززين أضعف في المتوسط ​​منه في TSSs (الملف الإضافي 1: الشكل S13) ، مما يشير إلى أن H3K4me3 قد يميز أيضًا TSSs والمحسنات في الذرة. بالإضافة إلى ذلك ، لم يعكس نمط التخصيب H3K4me3 تمامًا نمط التخصيب H3K9ac في TSSs ولكن تم تحويله قليلاً إلى اتجاه أسفل قمم H3K9ac. لم يتم الإبلاغ عن مثل هذا النمط في البشر [79] ولم يتم ملاحظته في دراسة سابقة على الأرز [21].

    باختصار ، على الرغم من القطبية المشتركة فيما يتعلق بإثراء H3K9ac المرافقة ، تختلف ملامح مرشحات المحسنات عن تلك الموجودة في TSSs من خلال مستويات تراكم النسخ ومثيلة الحمض النووي و H3K4me3.

    ترتيب واختيار قائمة المرشحين المحسنات الخاصة بالأنسجة

    لتسهيل ربط المحسنات المرشحة بالجينات المستهدفة المفترضة ، شرعنا في تحديد درجة خصوصية الأنسجة لمرشحي المحسنات لدينا من خلال تصنيف 398 V2-IST و 1320 مرشحًا على أساس افتراض أن مستويات فرط الحساسية DNase I و H3K9ac التخصيب يرتبط ارتباطًا إيجابيًا بنشاط المعزز. تم تصنيف المرشحون المحسنون بشكل مستقل بناءً على أكبر الاختلافات بين الأنسجة لفرط حساسية DNase I ومستويات H3K9aclevels. تم افتراض أن أقوى المرشحين الخاصين بالأنسجة يظهرون اختلافات كبيرة في كل من فرط الحساسية لـ DNase I وإثراء H3K9ac ، لذلك تم تلخيص التصنيفات المستقلة لكلتا الميزتين لكل مرشح وتمت إعادة تصنيف المرشحين (ملف إضافي 2: Dataset 1 وملف إضافي 3: مجموعة البيانات 2 ، العمود الترتيب_الشامل). تم دمج أرقام الترتيب مع V لـ V2-IST أو H للقشر كمعرفات مرشح كلما انخفض الرقم ، كلما كان المرشح أكثر تحديدًا للأنسجة. ومع ذلك ، فإن تصنيفات فرط الحساسية DNase I وإثراء H3K9ac لا ترتبط ببعضها البعض (ملف إضافي 2: Dataset 1 وملف إضافي 3: Dataset 2 ، العمود DNase_rank و H3K9ac_rank تم تصنيف المرشحين المشتركين في كلا النسجتين). على سبيل المثال ، أظهر المرشح الذي احتل المرتبة الثانية (المرشح V2 ، الشكل 8) لـ V2-IST فرقًا كبيرًا في إشارة فرط الحساسية DNase I بين نسيج V2-IST وأنسجة قشر كما هو متوقع ، بينما ظل التخصيب H3K9ac على حاله تقريبًا بالنسبة كلا الأنسجة. من ناحية أخرى ، يتميز المرشح 313 في V2-IST (المرشح V313) باختلاف كبير في تخصيب H3K9ac ولكن ليس في فرط حساسية DNase I. أظهر المرشح رقم 194 في V2-IST (المرشح V194) فرقًا كبيرًا بين الأنسجة لكل من إشارات تخصيب DNase I و H3K9ac ولكن في اتجاه معاكس. يشير عدم وجود ارتباط بين الرتب التي تم الحصول عليها من كلتا ميزتي الكروماتين إلى أن تحديد خصوصية الأنسجة باستخدام هذه المجموعة من الميزات لا يعمل بشكل صحيح. ستكون الفحوصات التجريبية لعدد من المرشحين ضرورية لتحديد أفضل ميزة (مجموعة) للتنبؤ بخصوصية الأنسجة. في الوقت الحالي ، تم تعريف المرشحين المعززين الذين تم تحديدهم في واحد فقط من النسجين على أنهما خاصان بالأنسجة والمرشحات المشتركة بين الأنسجة كمعززات مشتركة مفترضة. باستخدام هذا التعريف ، تم تصنيف إجمالي 1495 مرشحًا إلى 175 مرشحًا خاصًا بـ V2-IST و 1097 خاصًا بالقشر و 223 مرشحًا مشتركًا (ملف إضافي 5: Dataset 4).

    أمثلة على تصنيفات المرشحين. من أعلى: تم تحديد المنطقة المرشحة بمعرفها (الخامس V2-IST ، ح مرشح قشر) وإحداثيات ، فرط حساسية DNase I وشدة إشارة تخصيب H3K9ac في V2-IST وأنسجة قشر. في هذه الأمثلة ، لا ترتبط فروق حساسية DNase I واختلافات إشارات تخصيب H3K9ac بشكل إيجابي مع بعضهما البعض كما هو مفترض

    توقع الجينات المستهدفة المفترضة لمرشحات المحسنات بناءً على مستويات التعبير عن الجينات الأقرب

    أخيرًا ، قمنا بفحص ما إذا كان يمكن ربط مرشحينا بجينات مستهدفة مفترضة. تم الإبلاغ عن طرق متعددة باستخدام بيانات حول إمكانية الوصول إلى الكروماتين ومستويات النسخ و / أو أنماط تعديل هيستون في كل من المعززات والجينات ، عبر الأنسجة المختلفة أو النقاط الزمنية التنموية [4 ، 51 ، 81 ، 82]. افترضنا أن المعززات تنظم التعبير عن الجين المجاور لها في المنبع أو في اتجاه التيار ، على الرغم من أنه قد لوحظ أن الجينات الأخرى يمكن أن تقع بين المعززات والجينات المستهدفة في الحيوانات والنباتات [17 ، 83 ، 84 ، 85]. لقد ربطنا خصوصية الأنسجة المحددة للمحسنات المرشحة بمستويات التعبير الجيني لأقرب الجينات المرافقة في كلا الأنسجة. تم اعتبار الجينات التي تظهر تعبيرًا تفاضليًا كبيرًا بين أنسجة القشرة V2-IST (Cuffdiff [86]) فقط أهدافًا لمرشحين مُحسِّن خاص بالأنسجة للمرشحين المشتركين ، واعتبرت الجينات المرافقة التي يتم التعبير عنها في كلا الأنسجة كجينات مستهدفة محتملة. إذا أظهر الجين المرافِق اختلافًا كبيرًا في التعبير الجيني الذي يطابق خصوصية مرشح المحسن (مثل التعبير الجيني الأعلى في V2-IST لمرشحي V2-IST) ، فسيتم ربط المرشح والجين (الجينات). باستخدام هذه الطريقة ، تم ربط 38 (22٪) من V2-IST ، 143 (13٪) خاص بالقشر و 101 (45٪) مرشح مُحسِّن مشترك بجين مستهدف واحد (ملف إضافي 5: Dataset 4). حددنا أيضًا 13 (2 ٪) V2-IST خاصًا ، و 182 (17 ٪) خاصًا بالقشر و 103 (46 ٪) شاركوا المرشحين حيث أظهر كلا الجينات المرافقة مستويات تعبير تتطابق مع ميزات المرشحين. لا يمكن ربط المرشحين الآخرين بجين لأنه لم يكن لأي من الجينات المرافقة فرق كبير في مستوى التعبير في الاتجاه المتوقع للمرشحين الخاصين بالأنسجة (124 [71٪] في V2-IST ، 772 [70٪] في القشر ) أو ، في حالة وجود محسنات مشتركة مرشحة ، لم يتم التعبير عن أي من الجينات المرافقة في أحد الأنسجة (19 [9٪] مرشحًا).

    تحديد ثلاث معززات معروفة في الذرة

    في الذرة ، تم الإبلاغ عن خمسة معززات مفترضة جيدة التوصيف ، وهي ب 1 هيبتا كرر ، معززات السل 1, ص 1، والمعززات المفترضة DICE و Vgt1 التي تنظم التعبير عن الجينات bx1 و ZmRAP2.7، على التوالي [11 ، 13 ، 14 ، 15 ، 23 ، 85 ، 87]. في شاشتنا ، حددنا المعززات المؤكدة والمفترضة لـ ب 1 ، السل 1 و bx1 (الشكل 7 والملف الإضافي 1: الشكل S7) ، على الرغم من أن هذه المعززات تم تحديدها في الغالب وتمييزها في سلالات الذرة بخلاف B73 ، مما قد يؤثر على وظائفها. على سبيل المثال ، ملف ب 1 تم التعرف على محسن hepta-تكرار لـ ب- أنا epiallele ويتكون من سبع نسخ من تسلسل 853-bp جنبًا إلى جنب ، بينما يحمل B73 نسخة واحدة فقط من هذا التسلسل (هوية 90٪ مع تسلسل تكرار إجماعي) [12]. في مجموعة البيانات الخاصة بنا ، ب 1 أظهر تعبيرًا تفاضليًا في نفس الاتجاه كما لوحظ في الخط ب 1 تم اكتشاف محسن التكرار [23] ، مما يشير بالفعل إلى وجود درجة معينة من الحفظ في المنطقة التنظيمية. ال السل 1تم التعرف على المُحسِّن في السلالة الفطرية W22 [13 ، 14] وأظهر أن النرد مطلوب للارتفاع bx1 التعبير في Mo17 [85]. المرشحين المحسن ل ب 1 و DICE لم يتم ربطهما بـ ب 1 و bx1، على التوالي ، لأن جيناتهم المستهدفة المعروفة لم تكن الجين المجاور الأقرب. لم نحدد أيا من ص 1 محسن ولا Vgt1. في حالة ص 1 الموضع ، التكرار العالي للمنطقة جعل المحسن غير قابل للتخطيط. ل Vgt1، كان هناك DHS واضح ولكن لم يتم اكتشاف تخصيب H3K9ac داخل LUMR المتداخلة.

    أربع مناطق مرشحة مُخصَّبة لمُحسِّن H3K9ac تم تحديدها بواسطة ChIP-seq ، المرشح H108 ، و ب 1 و السل 1 مُحسِّن و DICE ، للتحقق من صحته باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي للرقاقة (qPCR). لكل منطقة ، تم تصميم أزواج التمهيدي لتضخيم التسلسلات الموجودة في قمة ذروة المنطقة المخصبة بـ ChIP-seq H3K9ac (P) ومنحدرها (S) وخارج القمة (O لا تخصيب بواسطة ChIP-seq) (ملف إضافي 1: الشكل S14). أكدت النتائج وجود وغياب تخصيب H3K9ac في المناطق المرشحة المحددة والمناطق المحيطة بها ، على التوالي. التخصيب التفاضلي H3K9ac الذي لوحظ في المرشح H108 و ب 1 مُحسِّن يناسب خصوصية أنسجة القشر المتوقعة بناءً على الترتيب. حصلت DICE على مرتبة عالية ومنخفضة في V2-IST والقشر ، على التوالي. وفقًا لذلك ، أظهر DICE مستويات تخصيب أعلى من H3K9ac في V2-IST مقارنة بالقشر. ال السل 1 أظهر المحسن إثراء H3K9ac في كل من V2-IST والقشر. هذا يتوافق مع ما يتم ملاحظته لبيانات ChIP-seq المجمعة (ملف إضافي 1: الشكل S14C). نظرًا لمعاييرنا الصارمة ، فإن السل 1 تم استدعاء محسن فقط كمرشح في قشر.

    لفحص ما إذا لم يتم إثراء H3K4me1 بالفعل في المعززات كما هو مقترح في النتائج الموضحة في الشكل 1 ، تم تحديد تخصيب H3K4me1 لنفس المناطق مثل تخصيب H3K9ac (ملف إضافي 1: الشكل S14). باستثناء محسن السل 1، لم تظهر أي من المناطق التي تم تحليلها إثراءًا واضحًا لـ H3K4me1 ، مما يؤكد ملاحظتنا السابقة ويدعم فكرة أن H3K4me1 لا يميز بشكل عام معززات النبات.


    عوامل التشغيل والمعززات / كاتمات الصوت - علم الأحياء

    كاتمات الصوت

    يتمثل التحدي الرئيسي في علم الأحياء في فهم كيفية تشفير أنماط التعبير الجيني المعقدة في الجينوم. في metazoans ، يتم تنظيم التعبير الجيني بطريقة خاصة بنوع الأنسجة / الخلية في الغالب عبر امتدادات من التسلسل غير المشفر يشار إليه بالوحدات التنظيمية لرابطة الدول المستقلة (CRMs). تحتوي CRMs على موقع واحد أو أكثر من مواقع ربط الحمض النووي لواحد أو أكثر من عوامل النسخ التنظيمية الخاصة بالتسلسل والتي تعمل على تعديل التعبير عن الجين (الجينات) المستهدفة. عادة ما يشار إلى CRMs التي تنشط التعبير الجيني على أنها معززات ، بينما يشار إلى تلك التي تقمع التعبير الجيني باسم كاتمات الصوت. تعمل معززات النسخ على تنشيط التعبير الجيني بطريقة خاصة بالأنسجة أثناء التطور وأيضًا في الخلايا البالغة استجابةً للمنبهات الخلوية أو البيئية. مثل المعززات ، يمكن أن تعمل كاتمات الصوت بطريقة خاصة بنوع الخلية. في الواقع ، قد تساهم كاتمات الصوت بدور حاسم في تحديد أنماط التعبير الجيني الدقيقة ، وبالتالي تمكين إنشاء مجالات تعبير حادة ، مثل أثناء التطوير.

    ركزت العديد من الدراسات الجينومية والحاسوبية في المقام الأول على التنبؤ وتوصيف المعززات. على عكس المعززات ، فإن كاتمات الصوت غير مفهومة جيدًا. في دراسة حديثة (Gisselbrecht et al.، الخلية الجزيئية، 2020) ، قمنا بتطوير إستراتيجية جديدة ، تسمى كاتم الصوت- FACS-Seq (sFS) ، لفحص مئات التسلسلات لنشاط كاتم الصوت الخاص بالأنسجة في أجنة ذبابة الفاكهة الكاملة. اللافت للنظر ، أن جميع كاتمات الصوت التي حددناها تقريبًا كانت أيضًا معززات نشطة في السياقات الخلوية الأخرى. تشكل مجموعة فرعية من كاتمات الصوت هذه اتصالات طويلة المدى مع المروجين. تتحدى نتائجنا الممارسة الشائعة المتمثلة في معالجة المعززات وكواتم الصوت كفئة منفصلة من العناصر التنظيمية وتشير إلى إمكانية اكتشاف آلاف أو أكثر من CRMs ثنائية الوظائف في ذبابة الفاكهة و 10 4-10 5 في الإنسان.

    نحن نعمل على تطوير مناهج لتحديد وقياس أنشطة كاتمات الصوت الخاصة بالأنسجة ، لتحديد توقيعات الكروماتين لكواتم الصوت ، وتوضيح الأدوار التنظيمية للمثبطات (المشاركة) المرتبطة بكاتم الصوت وزخارف تسلسل الحمض النووي. سنركز على تطوير الأديم المتوسط ​​الجنيني في ذبابة الفاكهة السوداء كنظام نموذجي. نتوقع أن الميزات والتوقيعات الكروماتينية لكواتم الصوت المحددة في هذا المشروع سيتم حفظها تطوريًا عبر metazoans ، بما في ذلك الإنسان.


    شاهد الفيديو: كاتم صوت هيوما - نظرة عامة عن المنتج (شهر نوفمبر 2022).