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.2022年5月30日;13(1):3007.
doi:10.1038/s41467-022-30323-6。

癌相关RNA聚合酶III特性驱动snaR-A非编码RNA的稳健转录和表达

附属公司

癌相关RNA聚合酶III特性驱动snaR-A非编码RNA的稳健转录和表达

凯文·范·博尔特等。 国家公社. .

摘要

RNA聚合酶III(Pol III)包括两种替代亚型,定义为哺乳动物中POLR3G亚基(RPC7α)或POLR3GL亚基(RPCβ)的互斥结合。POLR3G和POLR3GL对转录潜能的贡献尚不明确。在这里,我们发现POLR3G亚单位的丢失伴随着Pol III转录的基因的有限储备。特别敏感的是snaR-a,一种与癌症增殖和转移有关的小的非编码RNA。对Pol III亚型偏差和下游染色质特征的分析确定了分化过程中POLR3G和snaR-A的丢失,相反,在癌症环境中POLR3G基因表达和snaR-A基因特征的重建。我们的结果支持一个模型,其中Pol III身份作为重要的转录调控机制发挥作用。由MYC驱动的POLR3G的上调识别了一组在特定癌症中生存不良的患者,进一步表明POLR3G-增强的转录谱是潜在的疾病因素。

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利益冲突声明

MPS是Personalis、Qbio、January AI、SensOmics、Mirvie、Fodsel、Filtricine、Protos的联合创始人和科学咨询委员会成员。他是Genapsys和Jupiter的SAB成员。其余作者声明没有相互竞争的利益。

数字

图1
图1。研究人类RNA聚合酶III亚基跨经典Pol III转录基因的工作流程和组合图谱。
追踪亚单位POLR3G发育丢失、亚单位特异性破坏POLR3G以及与癌症相关的POLR3G重建和伴随的染色质特征的实验方法的说明,这些共同确定了POLR3G-驱动的Pol III转录潜能在增殖细胞中的调节。b与面板中全基因组图相对应的Pol III亚单位和转录因子图例c(c)——k个,包括POLR3A/RPC1(3A);POLR3B/RPC2(3B);POLR1D/RPAC2(1D);POLR3C/RPC3(3C);POLR3G/RPC7α(3G);POLR3GL/RPC7β(3GL);POLR3D/RPC4(3D);POLR3E/RPC5(3E);BRF1/TFIIB90;TF3C1/TFIIIC220。显示了相应的子组合。c(c)——k个每个亚单位/因子的示例ChIP-seq读取信号显示在THP-1单核细胞中跨越不同启动子结构的典型Pol III转录基因,包括核糖体5S rRNA基因(1型启动子;面板c(c))、tRNA、7SL、vault和snaR-A ncRNA基因(2型启动子、面板d日——和Y、U6、7SK和RMRP ncRNA基因(3型启动子、面板小时——k个)。基因标签包括由RNAcentral数据库分配(并连接到)的唯一RNA序列(URS)标识符。底部面板说明了相应的启动程序架构分类。Pol III蛋白复合物的卡通示意图,重点是本研究中绘制的亚基(标记)和基因组信号图的相应色码。插图是受先前结构重建启发的一般参考指南(Hoffmann等人,《自然》2015)。THP-1单核细胞中Pol III复合物占据基因的同源Pol III亚单位POLR3G和POLR3GL的log2(标准化读取密度)相关性可视化。源数据作为源数据文件提供。
图2
图2。POLR3G和Pol III活性的同时丧失在THP-1分化过程中调节细胞和外泌体小RNA库。
RT-qPCR分析极3克POLR3GL系列THP-1分化后的mRNA和snaR-A ncRNA水平(n个 = 3个生物学独立实验)。P(P)-价值 = 0.00088 (POLR3G系列), 0.099 (POLR3GL系列),0.00014(snaR-A序列1),0.0013(snaR-A序列2)。使用Student双面计算显著性t吨-测试。b在THP-1细胞中定位Pol III亚单位的免疫印迹,±72小时PMA诱导分化*Lamin B2对应于POLR3A和POLR3GL。代表2个或更多独立实验的观察结果。c(c),d日动态POLR3G火山图可视化(c(c))和POLR3GL(d日)基因组占有率±72小时PMA诱导分化。由颜色图例指示的基因类别。使用edgeR双侧exactTest函数计算显著性,Benjamini–Hochberg修正第页-值。e(电子)THP-1细胞中POLR3B、POLR1D、POLR3G、POLR3GL和POLR3D的Pol III亚基占据log2(折叠变化)的热图可视化±72小时PMA处理。热图是根据所有亚单位的中位数折叠变化排序的。插图突出了排名前35位(10%)的基因。(f)THP-1细胞中POLR3B、POLR1D、POLR3G、POLR3GL和POLR3D在PMA治疗前(左)和72小时后(右)的ChIP-seq轨迹可视化圈套编码snaR-A ncRNA的基因。THP-1单核细胞动态小RNA图谱的热图可视化,包括新生、稳态、核、细胞质和外体小RNA部分。所有热图都是根据THP-1单核细胞中新生RNA丰度的水平排序的。右侧的颜色图例显示了所有热图的对应基因。小时RT-qPCR分析POLR3G系列POLR3GL系列THP-1分化和慢病毒转导后用对照或POLR3G特异性CRISPR激活颗粒(sc-437282和sc-417072-LAC-2)的mRNA和snaR-A ncRNA水平(n个 = 6项生物独立实验)。P(P)-价值 = 0.00012 (POLR3G系列), 0.00046 (POLR3GL系列),5.79e-7(snaR-A-seq1),4.77e-5(snaR-A-seq2)。使用Student双侧计算的显著性t吨-测试。数据以平均值表示±独立样本指示数量的标准误差平均值(SEM)(,小时). 分子量以kDa表示*P(P) ≤ 0.05; **P(P) ≤ 0.01; ***P(P) ≤ 0.001; ns,无显著性。源数据作为源数据文件提供。
图3
图3。初级免疫细胞分化的标志是POLR3G系列基因子集的基因表达和受限染色质特征,包括SNAR-A系统.
Pol III亚单位基因在造血祖细胞和不同分化免疫细胞系中的表达谱,包括髓系、B细胞、自然杀伤细胞(NK)、CD4 + T、 CD8(CD8) + T、 和γδT细胞,重点是POLR3G系列POLR3GL系列.b对应于图3a的造血祖细胞和不同分化免疫细胞系的Pol III-转录基因可及性(ATAC-seq)。单个行(基因)根据细胞类型的中位数可及性得分进行排序。在分化的免疫细胞群中,跨基因子集的ATAC-seq信号减弱表示基因可及性的丧失。c(c)基因可及性与基因表达率相关性的热图可视化POLR3G:POLR3GL相关性表示平均上下文特定表达水平(图3a)和平均上下文特定基因可及性(图3b)的整合。右侧的颜色图例指示了相应的基因。d日——(f)单个相关曲线SNAR-A系统(d日),BCYRN1号机组(e(电子))和tRNA-Ala基因(URS000209048)染色质可及性POLR3G:POLR3GL热图所示的初级免疫细胞中的基因表达比率(图3c)。皮尔逊相关,对应第页-作为双边测试计算的值。 POLR3G系列原发性免疫CD4的基因表达谱 + 与抗CD3/CD28 Dynabeads联合刺激前后的T细胞。从左到右,N个 = 37,40个独立实验。双侧Wilcoxon秩和检验的统计分析。P(P) = 2.3e-11。小时 POLR3GL系列原发性免疫CD4的基因表达谱 + 刺激前后的T细胞。从左到右,N个 = 37,40个独立实验。采用双侧Wilcoxon秩和检验进行统计分析。P(P) = 0.0047. SNAR-A系统原发性免疫CD4的基因可及性分析 + 刺激前后的T细胞。从左到右,N个 = 40,37个独立实验。采用双侧Wilcoxon秩和检验进行统计分析。P(P) = 2.56e-5。箱形图中心线对应于中位数、下铰链和上铰链的第一和第三个四分位数。晶须的最小和最大值不超过1.5*IQR,超过第一和第三个四分位*P(P) ≤ 0.05; **P(P)0.01; ***P(P) ≤ 0.001; ns,无显著性。源数据作为源数据文件提供。
图4
图4。在人类原发性实体瘤中重新建立POLR3G和下游染色质特征,以及POLR3G过度表达患者的不良生存结果。
TCGA患者匹配的正常和原发性实体瘤癌症类型简图极3克POLR3GL系列本研究中的基因表达水平。b——j个基因表达率POLR3G/POLR3GL在肺鳞状细胞癌中(b,n个 = 51),肺腺癌(c(c),n个 = 58),胃腺癌(d日,n个 = 32),食管癌(e(电子),n个 = 11) ,肾嫌色症((f),n个 = 25),胆管癌(,n个 = 9) 、大肠腺癌(小时,n个 = 32),膀胱尿路上皮癌(,n个 = 19) 和子宫体子宫内膜癌(j个,n个 = 10). 灰色箭头表示个体患者匹配的正常和原发性实体瘤。对应第页-使用配对Wilcoxon符号秩双边检验确定的值。箱形图中心线对应于中位数、下铰链和上铰链的第一和第三个四分位数。晶须的最小和最大值不超过1.5*IQR,超过第一和第三个四分位。k个PolⅢ基因相关亚序列的三维散点图可视化POLR3G系列以及在癌症基因组图谱(TCGA)和初级免疫分析实验中预测基因活性。——n个TCGA供体总体存活率的Kaplan-Meier分析POLR3G系列基因表达(顶部三分位;顶部面板)或高POLR3GL系列肺腺癌中的基因表达(顶部三分位;底部面板)(),食管癌()和膀胱尿路上皮癌(n个). 对应第页-使用对数-秩双边检验确定的值;人力资源 = 死亡危险比风险。源数据作为源数据文件提供。
图5
图5。POLR3G的亚单位特异性药物抑制可导致POLR3G占有率和snaR-A ncRNA丰度的快速丧失。
使用MTT细胞增殖试验在暴露于0(对照)、25、50、75和100的细胞中生成THP-1生长曲线uM ML-60218。b,c(c)动态POLR3G火山图可视化(b)和POLR3GL(c(c))THP-1细胞的基因组占有率±4h接触Pol III抑制剂ML-60218(25uM)。由颜色图例指示的基因类别。使用edgeR双侧exactTest函数计算显著性,Benjamini–Hochberg修正第页-值。d日0、1、2、3和4时THP-1细胞中Pol III转录基因小RNA丰度的log2(折叠变化)热图暴露于Pol III抑制剂ML-60218(25)后huM)。热图是根据整个时间进程实验中的平均基因log2(折叠变化)排序的。插图突出了前35个(10%)动态基因。e(电子)时间进程实验(面板d)的热图子集SNAR-A系统基因。(f)——在实施例tRNA基因的ML-60218暴露4小时之前(左)和之后(右),THP-1细胞中POLR3G和POLR3GL的ChIP-seq跟踪可视化tRNA Asn GTT(URS0000712B90)((f))和tRNA-Tyr-GTA(URS0000755767)(),BCYRN1号机组(小时)、和SNAR-A系统基因()。j个ML-60218基因敏感性4的移动文氏图重叠分析暴露后h,具有不同的实验结果,包括动态Pol III占有率(THP-1+PMA;图2)、动态RNA丰度(THP-1+PMA,图2),POLR3G系列初级免疫细胞分化中的基因可及性相关性(聚集细胞类型分析;图3),以及POLR3G系列原发性实体瘤中的基因可及性相关性(TCGA;图4)。k个与图5j相关的单个Pol III转录基因最大富集分数的热图可视化。插图强调了Pol III转录基因的子库,这些基因最有可能被亚基POLR3G增强(最大富集分数 > = 3).模型说明,与POLR3GL相比,POLR3G亚单位增强了编码特定非编码小RNA物种的基因的表达,包括snaR-A、特定tRNAs和可能的BC200(BCYRN1号机组基因)。源数据作为源数据文件提供。
图6
图6。MYC推广POL(油料)R3G基因表达、形成Pol III身份以及与细胞增殖相关的下游转录活性。
,b可能调节的转录因子的最大顺反转录酶DB调节电位(RP)评分POLR3G系列()和POLR3GL系列(b)基因表达。点大小对应于RP得分最高的实验数量。c(c)相关分析MYC公司表达和POLR3G/POLR3GLTCGA样本中的基因表达率。斯皮尔曼等级相关性,对应第页-作为双边测试计算的值。P(P) < 2.2e-16。d日基因敲除后mRNA变化的火山图可视化MYC公司在RKO细胞中(Topham等人,2015),强调极3克,POLR3GL系列以及在THP-1细胞中定位的Pol III亚单位。e(电子)RT-qPCR分析MYC公司,POLR3G系列、和POLR3GL系列mRNA和snaR-A ncRNA水平MYC公司杜兰特(n个 = 3个生物学独立实验)。P(P)-价值 = 0.014 (MYC公司), 0.0037 (POLR3G系列), 0.70 (POLR3GL系列),0.017(snaR-A序列1),0.018(snaR-A序列2)。使用Student双面计算显著性t吨-测试。(f)RT-qPCR分析用靶向snaR-A核心(ASO-1)和尾部(ASO-2)保守序列的ASO转染的THP-1细胞中snaR-A-ncRNA水平,48转染后h(n个 = 4项生物独立实验)。P(P)-价值 = 0.00051(snaR-A序列1),0.0053(snaR-A序列2)。使用Student双面计算显著性t吨-测试。数据以平均值表示±独立样本指示数量的标准误差平均值(SEM)(e(电子),(f)). *P(P) ≤ 0.05; **P(P) ≤ 0.01; ***P(P) ≤ 0.001; ns,无显著性。用靶向snaR-A ncRNA的ASO-1和ASO-2转染THP-1细胞后,使用MTT细胞增殖试验在THP-1中生成THP-1生长曲线。小时模型:MYC驱动的极3克形成Pol III特性,亚单位POLR3G的可用性增强了Pol III活性和转录潜能,snaR-A ncRNA的下游表达促进了细胞生存和增殖。分化和静止的特点是伴随着MYC、POLR3G和snaR-A的丢失;因此,Pol III转录潜能在限制于亚单位POLR3GL的上下文中受到限制。源数据作为源数据文件提供。

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