Coupling of PARP1-mediated chromatin structural changes to transcriptional RNA polymerase II elongation and cotranscriptional splicing

doi:10.1186/s13072-019-0261-1

.2019年2月18日；12(1):15.

doi:10.1186/s13072-019-0261-1。

PARP1介导的染色质结构变化与转录RNA聚合酶II延伸和共转录剪接的耦合

埃琳娜·马特维娃¹, 卡马尔·M·H·阿尔蒂纳维^1 2, 埃里克·鲁希卡^三 4, Yvonne N Fondufe-Mittendorf公司⁵

附属公司

¹美国肯塔基州列克星敦肯塔基大学分子和细胞生物化学系，邮编40536。
²沙特阿拉伯利雅得Al Maather’Alfaisal大学，12714。
^三肯塔基州生物医学研究基础设施网络生物信息学核心，522 East Gray Street，Louisville，KY，40292，USA。
⁴美国肯塔基州路易斯维尔市路易斯维尔大学计算机工程与计算机科学系，邮编40292。
⁵美国肯塔基州列克星敦肯塔基大学分子和细胞生物化学系，邮编40536。y.fondufe-mittendorf@uky.edu。

PMID： 30777121
预防性维修识别码： PMC6378753型
内政部： 10.1186/s13072-019-0261-1

PARP1介导的染色质结构变化与转录RNA聚合酶II延伸和共转录剪接的耦合

埃琳娜·马特维娃等。表观遗传学染色质. 2019.

.2019年2月18日；12(1):15.

doi:10.1186/s13072-019-0261-1。

作者

埃琳娜·马特维娃¹, 卡马尔·M·H·阿尔蒂纳维^1 2, 埃里克·鲁希卡^三 4, Yvonne N Fondufe-Mittendorf公司⁵

附属公司

¹美国肯塔基州列克星敦肯塔基大学分子和细胞生物化学系，邮编40536。
²沙特阿拉伯利雅得Al Maather’Alfaisal大学，12714。
^三肯塔基州生物医学研究基础设施网络生物信息学核心，522 East Gray Street，Louisville，KY，40292，USA。
⁴美国肯塔基州路易斯维尔市路易斯维尔大学计算机工程与计算机科学系，邮编40292。
⁵美国肯塔基州列克星敦肯塔基大学分子和细胞生物化学系，邮编40536。y.fondufe-mittendorf@uky.edu。

PMID： 30777121
预防性维修识别码：第378753页
内政部： 10.1186/s13072-019-0261-1

摘要

背景：最近，我们发现PARP1参与共转录剪接，可能是通过将染色质桥接到RNA和招募剪接因子来实现的。它还可以通过调节RNAPII延伸来影响选择性剪接决策。在本研究中，我们研究了PARP1介导的染色质变化对转录和选择性剪接过程中RNAPII运动的影响。

结果：我们发现RNAPII在基因体内的PARP1-染色质结构处暂停。PARP1的敲除消除了这种RNAPII暂停，表明PARP1可能调节RNAPII的延长。此外，PARP1可改变特定外显子-中子边界处的核小体沉积和组蛋白翻译后修饰，从而影响RNAPII运动。最后，全基因组分析证实，PARP1通过根据染色质背景降低或增加RNAPII延伸率来影响RNAPII延长的变化。

结论：这些研究表明，PARP1-chromatin结合对RNA聚合酶运动具有上下文特异性影响，并为阐明PARP1在RNA生物生成和加工中的作用提供了一个平台。

关键词：染色质；表观遗传学；核小体；聚ADP核糖聚合酶；聚合酶延伸率；RNA聚合酶Ⅱ；拼接。

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数字

图1
PARP1缺失改变剪接决定。一刺身图显示由于RNA-seq全基因组分析中PARP1缺失导致剪接决策的变化*AKAP200型*和跳跃.b条带有外显子连接跨越引物的PCR产物验证了*AKAP200型*和*跳跃。*琼脂糖凝胶图像和外显子包含的百分比显示了未处理（WT）和PARP1敲低（KD）细胞之间剪接产物的差异。肌动蛋白显示为PARP1非靶基因。此外，包含的每个亚型的百分比计算为PCR扩增的所有转录物的百分比，设置为100%

图2
PARP1靶基因的PARP1和RNAPII ChIP-qPCRAKAP200型和*跳跃。* 一更宽区域（上部）和放大区域（下部）的组成（黑盒）和替代（灰盒）外显子示意图*阿卡200*和跳跃基因。绿色箭头表示底漆位置。b条,**c（c）**显示PARP1在野生型（WT，蓝线）和PARP1敲除（KD，红线）细胞中的相对占有率*AKAP200型*和跳跃相对于主要构成外显子的替代外显子。d日,电子显示RNAPII占用率（伸长形式，Ser2P）*AKAP200型*和*跳跃。*所有实验均一式三份，结果以平均值表示 ± 标准偏差(*第页价值 < 0.05). 统计显著性由Student’st吨试验方法

图3
核小体结构分析。非处理细胞中核小体的位置（WT，蓝线）与PARP1敲除（KD，红线）*AKAP200型*(一)和跳跃(b条)基因是独特的。对于每个基因，顶部面板显示了基因区域和仅基于序列的预测核小体位置（灰色椭圆）[34]。底部面板显示了核小体扫描分析获得的核小体位置和占有率（绿色椭圆）（见方法）。PARP1的耗尽改变了核小体的定位和占有率。浅绿色椭圆表示核小体占用减少，而模糊核小体表示为相互重叠的核小体。所有实验均一式三份，结果以平均值表示 ± SD（根据学生的t吨测试方法：第页价值 < 0.05)

图4
PARP1的敲除诱导组蛋白标记占据率的动态变化。激活组蛋白标记（H3K4me3；下面板一,b条)在*AKAP200型*(一)和跳跃(b条)以及抑制组蛋白标记（H3K27me3）在*AKAP200型*(**c（c）**)和跳跃(d日)通过ChIP-qPCR对PARP1靶基因进行评估。所有实验一式三份，结果以平均值表示 ± 标准偏差(第页价值 < 0.05). 统计显著性由Student’st吨试验方法

图5
NET-seq结果。一NET-Seq Illumina库准备的示意图。b条野生型（WT）和PARP敲除（KD）细胞不同基因组区域NET-Seq的元基因分析显示转录物缩短(b条：橙色线-WT，红色线-KD）和加长文本(**c（c）**)：紫色和紫色线-WT，蓝色线-KD）。d日基因本体可视化：影响RNAPII活性的PARP1生物过程类别

图6
RNAPII NET-seq结果的图形表示(一)AKAP和(b条)船长。RNAPII定位信号标准化为NET-seq读取计数信号。蓝色箭头表示RNAPII添加的最后核苷酸的位置，而绿色箭头表示聚合酶的运动(**c（c）**). ‘PARP1的动力学模型——染色质结合对RNAPII延伸的影响，以及选择性剪接调控的后果。PARP1创建和/或保持染色质结构，该结构为转录延伸做好准备。这种结构使RNAPII能够暂停，为RNAPII及其相关剪接因子识别特定剪接位点提供足够的停留时间，从而导致外显子包含。在没有PARP1的情况下，平衡状态被分解为更活跃的染色质结构，因此快速RNAPII不会暂停，从而导致外显子跳跃。虽然这个模型可以解释PARP1基因敲除后转录物延长的结果，但它不能解释敲除后的转录物缩短

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