Suboptimization of developmental enhancers

doi:10.1126/science.aac6948

.2015年10月16日；350(6258):325-8.

doi:10.1126/science.aac6948。

发育促进剂的次优化

艾玛·K·法利¹, 卡特里娜·M·奥尔森², 张伟（音译）^三, 亚历山大·J·勃兰特⁴, 丹尼尔·洛克萨尔⁵, 迈克尔·S·莱文¹

附属公司

¹美国加州大学伯克利分校综合基因组学中心遗传学、基因组学和发展部分子和细胞生物学系，邮编：94720-3200。msl2@princeton.edu ekfarley@princeton.edu。
²美国加州大学伯克利分校综合基因组学中心遗传学、基因组学和发展部分子和细胞生物学系，邮编：94720-3200。
^三美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校医学系，加利福尼亚州92093-0688。
⁴美国加州大学伯克利分校化学系，加利福尼亚州94720-3200。
⁵美国加州大学伯克利分校综合基因组学中心遗传学、基因组学和发展部分子和细胞生物学系，邮编94720-3200。

PMID： 26472909
预防性维修识别码：项目经理4970741
内政部： 10.1126/science.aac6948

发育促进剂的次优化

艾玛·K·法利等。科学类. 2015.

.2015年10月16日；350(6258):325-8.

doi:10.1126/science.aac6948。

作者

Emma K Farley（艾玛·法利）¹, 卡特里娜·M·奥尔森², 张伟（音译）^三, 亚历山大·勃兰特⁴, 丹尼尔·洛克萨尔⁵, 迈克尔·S·莱文¹

附属公司

¹美国加州大学伯克利分校综合基因组学中心遗传学、基因组学和发展部分子和细胞生物学系，邮编：94720-3200。msl2@普林斯顿.edu ekfarley@princeton.edu。
²美国加州大学伯克利分校综合基因组学中心遗传学、基因组学和发展部分子和细胞生物学系，邮编：94720-3200。
^三美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校医学系，加利福尼亚州92093-0688。
⁴美国加州大学伯克利分校化学系，加利福尼亚州94720-3200。
⁵美国加州大学伯克利分校综合基因组学中心遗传学、基因组学和发展部分子和细胞生物学系，邮编94720-3200。

PMID： 26472909
预防性维修识别码：项目经理4970741
内政部： 10.1126/science.aac6948

摘要

转录增强子在发育过程中指导基因表达的精确开关模式。为了探索这一精确度的基础，我们对Otx-a增强子进行了高通量分析，该增强子根据成纤维细胞生长因子（FGF）信号和局部GATA决定簇调节Ciona胚胎神经板的表达。我们提供证据表明，增强子特异性取决于结合亲和力降低的次最大识别基序（“次优化”）。天然GATA和ETS（FGF）结合位点与共识基序存在不完全匹配。完美匹配介导稳健但异位的基因表达模式。天然位点并不是以最佳间隔排列的，其间距的细微变化会改变增强子的活性。多层增强子亚优化产生特定但弱的表达模式，我们建议弱增强子簇，包括某些“超级增强子”，绕过了这种特异性和活性的权衡。

PubMed免责声明

数字

**图1。Otx-a增强子被FGF和母体决定簇GATA激活**
(A类)Otx-a增强子、FGF和GATA直接激活物的表达。(B类)69-bp Otx-a增强子序列显示了五个核心结合位点：三个为GATA（GATA），两个为ETS（GGAA）。核心结合位点被定义为所有GATA和ETS转录因子识别的4bp，它们是蛋白质-DNA相互作用的主要位点（32，33）。RS Otx-a增强子变体保留所有五个核心结合位点，其余序列（49 bp）随机分布。(C类)从原肠胚形成开始，Otx-a增强子驱动a6.5（深绿色）和b6.5（浅绿色）谱系的表达。在尾芽期，a6.5细胞产生前脑（br）和触须（pal），b6.5细胞产生背神经索（nc）、背表皮（epi）和两个尾肌细胞（未显示）。

**图2。次优结合位点足以实现组织特异性表达**
(A类)WT-Otx-a增强子电穿孔胚胎；GFP可见于前脑（br）、触须（pal）、背神经索（nc）、背中线表皮（epi）和两个尾肌细胞（tm）。(B类)用Otx-a RS1电穿孔胚胎，这是一种在我们的筛选中鉴定的合成增强子变体，没有显示GFP表达。(C类)用Otx-a RS1opt电穿孔胚胎，所有五个核心位点都改变为具有优化的侧翼序列；在内源性位置和脊索、间充质、内胚层和后脑中均可见到表达。(D类)用Otx-a RS1 WT电穿孔胚胎，所有五个核心位点突变为具有WT侧翼序列；这种表达只能在内源性Otx-a部位看到。(E类)WT、Otx-a RS1、Otx-a RS1 opt和Otx-aRS1 WT增强子变体的序列。灰色方框突出显示WT中保存的底座肠蝉Otx-a序列；粉色方框突出显示更改后的底座，以匹配确定的“最佳”侧翼图案。所有图像均在相同的曝光时间（500 ms）下拍摄。

**图3。组织特异性需要对间隔和侧翼基序进行次优化**
相邻结合位点之间的间距对组织特异性很重要。(A类)Otx-a 46电穿孔胚胎（10-15-13间隔）；GFP在WT部位表达。(B类)Otx-a 49电穿孔胚胎（13-15-13间距）；GATA1和ETS1之间增加3bp导致神经表达显著增加；并且没有观察到异位表达。(C类)用Otx-a 46opt电穿孔胚胎（10-15-13个间隔，所有五个核心位点具有优化侧翼）；WT部位表达较高，脊索、间质和后脑异位表达。(D类)用Otx-a 49opt电穿孔胚胎（13-15-13间距，所有五个核心位点具有优化侧翼）；该增强子在内源性神经定位中表现出强表达，在脊索、后神经管和内胚层中表现出异位表达（另见图S12）。所有图像均在相同的曝光时间（250 ms）下拍摄。

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