Pozycjonowanie nukleosomów jest ograniczone w eukariotycznych miejscach startu transkrypcji i wiąże się z regulacją transkrypcji. Co więcej, ostatnie obserwacje wskazują, że struktura chromatyny, transkrypcja i splicing są funkcjonalnie i że zmodyfikowane nukleosomy z trimetylacją lizyny 36 w podjednostce histonowej 3 (H podjednostce histonu 3 (H3K36me3) są wzbogacone w wewnętrznych eksonach i regionach intronowych flankujących regiony intronowe genów o wysokiej ekspresji. Jednakże, pozycja nukleosomów we wnętrzu genów było uważane za w dużej mierze przypadkowe. Tutaj pokazujemy, analizując zestawy danych z ludzkich plemników i komórek T oraz medaka (japońska ryba zabójca, Oryzias latipes) blastulae, że wewnętrzne eksony genów charakteryzują się znacznie podwyższonym średnim obłożeniem nukleosomów w porównaniu do do flankujących sekwencji intronowych. Pokazujemy również, że preferencyjne pozycjonowanie nukleosomów w wewnętrznych eksonach jest niezależne od ich statusu modyfikacji, oraz zawartości GC, konserwacji lub poziomu ekspresji eksonu. Te odkrycia pokazują, że lokalizacja eksonów jest zapisana w strukturze chromatyny i może być dziedziczona z pokolenia na pokolenie. Takie osadzone informacje mogą stanowić podstawę transkrypcyjnie sprzężone rozpoznawanie eksonów i wybór miejsca splicingu. --- Zastosowano program do konstruowania profilu potencjału tworzenia nukleosomów do badania eksonów, intronów i sekwencji powtarzalnych. Program jest dostępny pod adresem http://wwwmgs.bionet.nsc.ru/mgs/programs/recon/. Wykazaliśmy, że wykazaliśmy, że introny i sekwencje powtarzalne wykazują wyższy potencjał tworzenia nukleosomów niż egzony. niż eksony. Fakt ten można wyjaśnić funkcjonalnym funkcjonalnym nasyceniem eksonów kodem genetycznym, utrudniającym lokalizację wydajnych miejsc pozycjonowania nukleosomów. miejsc pozycjonowania nukleosomów. --- Jeśli zdefiniujemy kod genetyczny jako szeroko rozpowszechniony wzór sekwencji DNA, który niesie wiadomość wiadomość mającą wpływ na biologię, to istnieje wiele kodów genetycznych. Sekwencje zaangażowane w te kody nakładają się na siebie, a zatem zarówno oddziałują, jak i ograniczają się wzajemnie. ograniczają się nawzajem, tak jak w przypadku kodu tripletowego, kodu splicingu intronów, kod dla amfipatycznych helis alfa i kod chromatyny. Nukleosomy preferencyjnie znajdują się na końcach eksonów, chroniąc w ten sposób połączenia połączenia, z pozycjami N9 guanin połączeń GT i AG zorientowanymi w kierunku histonów. Analiza sekwencji kodujących białka ujawnia liczne śladów tandemowych powtórzeń, najwyraźniej utworzonych przez ekspansję tripletów, która w efekcie efektem jest "kod" inflacji genomu. Nasze dane są zgodne z hipotezą hipotezą, że ekspansja prostych powtórzeń tandemowych pewnych agresywnych była cechą charakterystyczną życia od jego powstania. Takie rozszerzające się trojaczki wydają się być głównym czynnikiem leżącym u podstaw obserwowanych uprzedzeń w użyciu kodonów. --- Ostatnie badania wskazują, że splicing prekursorowego mRNA zachodzi kotranskrypcyjnie i że pozycjonowanie nukleosomów może wpływać na włączenie wewnętrznych sekwencji eksonów sekwencji. W genomach eukariotycznych większość genów podlega alternatywnemu splicingowi. Obłożenie nukleosomów w sekwencjach różnych typów alternatywnych splicingów alternatywnych zostało zbadane poprzez analizę danych pozycjonowania nukleosomów w całym genomie od człowieka. Stwierdzono, że nukleosomy są preferencyjnie pozycjonowane w obrębie konstytutywnych eksonów i/lub konstytutywnych części alternatywnych eksonów, co nie było nie było związane z ekspresją genów lub stanem komórek, ale opierało się na sekwencji i pozytywnie związane z zachowaniem sekwencji miejsc splicingowych. Ponadto Ponadto, rozkład nukleosomów w alternatywnym eksonie akceptorowym był różniło się od tego w alternatywnym eksonie donorowym. Obłożenie nukleosomów wokół nukleosomów wokół konstytutywnych miejsc startu transkrypcji również wykazywała silniejsze wzbogacenie nukleosomów +1 i słabsze wzbogacenie nukleosomów i słabsze obłożenie nukleosomów w regionach wolnych od nukleosomów. Te wyniki zapewniły nowe podejście do lepszego zrozumienia związku między strukturą chromatyny a regulacją ekspresji genów. --- Genomy organizmów wyższych są upakowane w nukleosomach z funkcjonalnymi modyfikacjami histonów. modyfikacjami histonów. Do tej pory badania modyfikacji nukleosomów i histonów w całym genomie nukleosomów i modyfikacji histonów koncentrowały się na miejscach startu transkrypcji (TSS), gdzie nukleosomy w genach zajętych przez polimerazę RNA II (RNAPII) są dobrze umiejscowione i mają modyfikacje histonów, które są charakterystyczne dla stanu ekspresji. Wykorzystując publicznych danych, pokazujemy tutaj, że istnieje wyższy sygnał pozycjonowania nukleosomów w wewnętrznych ludzkich eksonach i że to pozycjonowanie jest niezależne od ekspresji. Zaobserwowaliśmy podobnie silny sygnał pozycjonowania nukleosomów w wewnętrznych eksonach Caenorhabditis elegans. Wśród 38 modyfikacji histonów analizowanych u człowieka, H3K36me3, H3K79me1, H2BK5me1, H3K27me1, H3K27me2 i H3K27me3 miały ewidentnie wyższe sygnały w wewnętrznych eksonach niż w następujących intronach i były wyraźnie związane z ekspresją eksonów. Obserwacje te sugerują rolę w splicingu. Tak więc eksony charakteryzują się nie tylko zdolnością kodowania, ale także ale także przez ich organizację nukleosomową, która wydaje się ewolucyjnie konserwowana ponieważ jest obecna zarówno u naczelnych, jak i nicieni. --- Stwierdzono, że sekwencje genów w pobliżu miejsc splicingu posiadają dinukleotydowe okresowości, zwłaszcza RR i YY, z okresem zbliżonym do skoku nukleosomowego DNA. Potwierdza to wcześniejsze ustalenia dotyczące preferencyjnego pozycjonowania połączeń splicingowych w nukleosomach. Dinukleotydy RR i YY oscylują w przeciwfazie, tj. ich odpowiednie preferowane pozycje są przesunięte o około połowę. pozycje są przesunięte o około pół okresu od siebie, jak zaobserwowano wcześniej dla dinukleotydów AA i TT. Specyficzność gatunkowa nukleosomu jest wskazywana przez dominujące użycie okresowych dinukleotydów GG(CC). GG(CC) w genach człowieka i myszy, w przeciwieństwie do dominujących dinukleotydów AA(TT) u Arabidopsis i C. elegans. --- Charakterystyczny wzór sekwencji AA(TT) nukleosomowego DNA uzyskany wcześniej jest wykorzystywany do przewidywania pozycji nukleosomów wokół połączeń splice genów eukariotycznych. Zebrano dwa duże zbiory danych (2000 sekwencji każdy) składające się z segmentów DNA z połączeniami splice exon/intron i intron/exon z różnych gatunków eukariotycznych. Obliczono pozycje przewidywanych nukleosomów w pobliżu miejsc połączeń. Te połączenia, które okazały się należą do nukleosomów, znajdują się preferencyjnie w obrębie kilku par zasad od punktu środkowego nukleosomowego DNA. Oznacza to, że obowiązkowe końce GT i AG intronów są częściej zlokalizowane w pobliżu osi dwójki nukleosomów, w obrębie najlepiej chronionych środkowych 10-15 par zasad nukleosomowego DNA. Ponadto obserwuje się tendencję do tworzenia najsilniejszych nukleosomów częściej w intronach, zgodnie z hipotezą o organizującej chromatynę roli intronów. intronów. --- Opisujemy strukturalne implikacje okresowego wzoru znalezionego w ludzkich eksonach i intronach za pomocą ukrytych modeli Markowa. Pokazujemy, że eksony (oprócz ramki odczytu) mają specyficzną sekwencyjną strukturę w postaci wzoru z potrójnym konsensusem nie-T(A/T)G i minimalną okresowością około dziesięciu nukleotydów. nukleotydów. Okresowy wzór jest również obecny w sekwencjach intronowych, chociaż siła na nukleotyd jest słabsza. Przy użyciu dwóch niezależnych metod profilowania opartych na parametrach zginania tripletów z eksperymentów DNase I i danych pozycjonowania nukleosomów nukleosomów, pokazujemy, że wzór w wielokrotnych wyrównaniach wewnętrznych sekwencji wewnętrznych sekwencji eksonów i intronów odpowiada okresowemu potencjałowi zginania "w fazie" w kierunku głównego rowka DNA. Dane dotyczące pozycjonowania nukleosomów pokazują, że konsensusowe triplety (i ich uzupełnienia) preferują lokalizacje na wygiętej podwójnej helisie, gdzie główny rowek jest skierowany do wewnątrz i jest ściśnięty. Trójki w fazie są zlokalizowane w sąsiedztwie trójek GCC/GGC, o których wiadomo, że mają najsilniejsze odchylenie w pozycjonowaniu na podwójnej helisie. najsilniejsze odchylenie w ich pozycjonowaniu na nukleosomie. Analiza sekwencji mRNA kodujących białka o znanej strukturze trzeciorzędowej wyklucza możliwość, że wzór ten jest konsekwencją jest konsekwencją wcześniej dobrze znanej okresowości spowodowanej przez kodowania alfa-heliksów w białkach. Na koniec omawiamy związek między między potencjałem zginania regionów kodujących i niekodujących a jego wpływem na translacyjne pozycjonowanie nukleosomów. translacyjne pozycjonowanie nukleosomów i rozpoznawanie genów przez maszynerię transkrypcyjną. przez maszynerię transkrypcyjną. --- Struktura chromatyny wpływa na transkrypcję, ale jej rola w późniejszym przetwarzaniu RNA jest niejasna. Tutaj przedstawiamy analizy danych o wysokiej przepustowości, które sugerują związek między pozycjonowaniem nukleosomów a definicją eksonów. Po pierwsze, znaleźliśmy stabilne obłożenie nukleosomów w obrębie ludzkich i Caenorhabditis elegans, które jest silniejsze w eksonach ze słabymi miejscami splicingu. I odwrotnie, odkryliśmy stwierdziliśmy, że pseudoeksony - sekwencje introniczne, które nie są zawarte w mRNA ale są otoczone silnymi miejscami splicingu - wykazują zubożenie nukleosomów. Po drugie, stosunek stosunek między zajętością nukleosomów w obrębie eksonów i przed nimi koreluje z poziomami inkluzji eksonów. Po trzecie, nukleosomy są umieszczone centralnie do eksonów a nie proksymalnie do miejsc splicingu. Te egzonowe wzorce nukleosomalne są również obserwowane również w genach bez ekspresji, co sugeruje, że nukleosomowe znakowanie eksonów istnieje przy braku transkrypcji. Nasza analiza zapewnia ramy, które przyczynia się do zrozumienia splicingu na podstawie architektury chromatyny. architektury chromatyny. --- Zajęcie nukleosomów wzdłuż chromosomu jest kluczowym czynnikiem dla regulacji genów. regulacji genów. Jednakże, z wyjątkiem regionów promotorowych, właściwości i funkcje organizacji nukleosomów w całym genomie funkcje organizacji nukleosomów pozostają niejasne w genomach ssaków. Wykorzystując modelu obliczeniowego Increment of Diversity with Quadratic Discriminant (IDQD) wyszkolonego na podstawie danych z mikromacierzy, zdefiniowano wynik zajętości nukleosomów (NOScore) został zdefiniowany i zastosowany do regionów połączeń splotowych konstytutywnych, eksonów kasetowych, alternatywnych splicingów 3' i 5' w ludzkim genomie. Znaleźliśmy znaleźliśmy interesujący związek między NOScore a splicingiem RNA: regiony eksonów mają wyższe wyniki NOScore w porównaniu z sekwencjami intronowymi zarówno w zarówno w przypadku splicingu konstytutywnego, jak i alternatywnego, co wskazuje na silniejszy potencjał zajmowania nukleosomów w regionach eksonów. nukleosomów. Ponadto, doliny NOScore obecne na około 25 bp przed miejscem akceptorowym we wszystkich przypadkach splicingu. Poprzez definiując stosunek różnorodności fałdowania do energii, aby opisać elastyczność strukturalną RNA elastyczność, wykazaliśmy, że pierwotne transkrypty RNA z regionów nukleosomów są stosunkowo sztywne, a te z regionów zubożonych w nukleosomy są stosunkowo elastyczne. Ujemna korelacja między nukleosomem nukleosomów a strukturalną elastycznością/sztywnością pierwotnego transkryptu pierwotnego transkryptu wokół połączeń splicingowych może dostarczyć wskazówek do głębszego zrozumienia nieoczekiwanej roli organizacji nukleosomów w regulacji splicingu RNA. regulacji splicingu RNA. --- Alternatywny splicing wpływa na ponad 90% ludzkich genów. Sprzężenie między transkrypcją i splicingiem stało się kluczowe w złożonej sieci leżącej u podstaw regulacji alternatywnego splicingu. regulacji alternatywnego splicingu. Ponieważ chromatyna jest prawdziwą matrycą dla transkrypcji jądrowej, zmiany w jej strukturze, ale także w "odczytywaniu" i "zapisie" kodu histonowego, mogą modulować wybory dotyczące splicingu. Tutaj omawiamy dowody potwierdzające te idee, od pierwszej propozycji chromatyny wpływającej na alternatywny splicing, wykonanej 20 lat temu, do najnowszych odkryć w tym ogólnogenomowe dowody na to, że nukleosomy są preferencyjnie umieszczane w eksonach. eksonach. Skupiamy się na dwóch ostatnich doniesieniach z naszych laboratoriów, które dodają nowe dowody w tej dziedzinie. dowody w tej dziedzinie. Pierwszy raport pokazuje, że bodziec fizjologiczny taki jak depolaryzacja neuronów, promuje wewnątrzgenową acetylację histonów (H3K9ac) i rozluźnienie chromatyny, powodując pominięcie eksonu 18 genu cząsteczki adhezji komórek nerwowych. genu cząsteczki adhezyjnej komórek nerwowych. W drugim raporcie pokazujemy, w jaki sposób specyficzne modyfikacje histonów mogą być tworzone w ukierunkowanych regionach genów jako sposób wpływania na alternatywny splicing: Używając małych interferujących RNA (siRNA), zwiększyliśmy poziomy poziomy H3K9me2 i H3K27me3 w pobliżu alternatywnego eksonu 33 ludzkiego genu fibronektyny. ludzkiego genu fibronektyny, sprzyjając jego włączeniu do dojrzałego informacyjnego RNA (mRNA) poprzez mechanizm, który przypomina wyciszanie genów transkrypcyjnych za pośrednictwem RNA.
Jaki jest związek między nukleosomami a eksonami?
Nukleosomy są preferencyjnie zlokalizowane w obrębie eksonów w porównaniu do pobliskich sekwencji intronowych. Preferencyjne umiejscowienie w obrębie eksonów jest niezależne od poziomu ekspresji genów, silniejsze w eksonach ze słabymi miejscami splicingu i zachowane w ewolucji metazoan.