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. --- Splicing jest złożonym procesem regulowanym przez sekwencję w klasycznych miejscach splice i innych motywów w eksonach i intronach z efektem wzmacniającym lub wyciszającym. efekt. Ponadto wykazano, że specyficzne modyfikacje histonów na nukleosomach umieszczonych wykazano, że korelują one zarówno pozytywnie, jak i negatywnie z ekspresją eksonów. ekspresją eksonów. Tutaj wytrenowaliśmy model reguł "JEŻELI ... WTEDY ...", aby przewidzieć poziomy włączenia eksonu w transkrypcie na podstawie wzorców modyfikacji histonów. Ponadto wykazaliśmy, że kombinacje modyfikacji histonów, w szczególności nukleosomów poprzedzających lub następujących po egzonie, są lepszymi lepszymi predyktorami poziomów włączenia egzonu niż pojedyncze modyfikacje. Wynikowy model model został oceniony za pomocą walidacji krzyżowej i miał średnią dokładność 72% dla 27% eksonów, co pokazuje, że sygnały epigenetyczne w znacznym stopniu wyznaczają alternatywny splicing. --- TŁO: Podczas gdy alternatywny splicing (AS) w znacznym stopniu przyczynia się do różnorodności białek różnorodności białek, związek między różnymi typami AS i czynnikami epigenetycznymi pozostaje w dużej mierze nieznany. WYNIKI: W tym badaniu odkryliśmy, że szereg cech epigenetycznych, w tym metylacja DNA, zajętość nukleosomów, specyficzne modyfikacje histonów i cechy białkowe, są silnie związane z AS. Aby jeszcze bardziej zwiększyć nasze zrozumienie związku między tymi cechami a AS, grupujemy nasze badane cechy w oparciu o ich wzorce powiązań z każdym typem AS na cztery grupy, z H3K36me3, EGR1, GABP, SRF, SIN3A i RNA Pol II zgrupowanymi razem i wykazującymi najsilniejszy związek z AS. i wykazujące najsilniejszy związek z AS. Ponadto stwierdziliśmy, że typy AS można podzielić na dwie ogólne klasy, a mianowicie exon proces związany z pomijaniem eksonów (ESRP) i alternatywny wybór miejsca splicingu (ASSP), w oparciu o (ASSP), w oparciu o ich poziomy asocjacji z cechami epigenetycznymi. WNIOSEK: Nasza analiza sugeruje zatem, że cechy epigenetyczne prawdopodobnie odgrywają ważną rolę w regulacji AS. --- Splicing pre-mRNA jest złożonym procesem obejmującym kombinatoryczne działanie elementów cis- i trans-elementów. Tutaj skupiliśmy się na modyfikacjach histonów jako typowych elementach elementy trans-regulacyjne i przeprowadziliśmy systematyczne analizy związków między wzorcami splicingu a modyfikacjami histonów przy użyciu publicznie dostępnych danych ChIP-Seq, mRNA-Seq i danych z macierzy eksonów uzyskanych w dwóch ludzkich liniach komórkowych. Stwierdziliśmy stwierdziliśmy, że kilka rodzajów modyfikacji histonów, w tym H3K36me3, było związane z włączeniem lub wyłączeniem alternatywnych eksonów. Ponadto zaobserwowaliśmy, że poziomy H3K36me3 i H3K79me1 w liniach komórkowych były dobrze skorelowane z różnicami we wzorcach alternatywnego splicingu między liniami komórkowymi. liniami komórkowymi. --- Różnice we wzorach metylacji ogonów histonów odzwierciedlają i modulują strukturę i funkcję chromatyny. Aby zapewnić ramy dla analizy funkcji chromatyny u Caenorhabditis elegans, wygenerowaliśmy mapę metylacji ogona histonu H3 w całym genomie. metylacji ogona histonu H3. Odkryliśmy, że geny C. elegans wykazują rozkłady modyfikacji histonów, które są podobne do tych występujących u innych organizmów, z H3K4me3 w pobliżu miejsc startu transkrypcji, H3K36me3 w korpusie genów i H3K9me3 wzbogaconym na cichych genach. Obserwujemy również nowy wzorzec: eksony są preferencyjnie oznaczone H3K36me3 w stosunku do intronów. Znakowanie eksonów H3K36me3 jest zależne od transkrypcji i występuje na niższych poziomach w alternatywnie splicowanych eksonach, wspierając mechanizm znakowania związany ze splicingiem. Dalej pokazujemy że różnica w znakowaniu H3K36me3 między eksonami i intronami jest ewolucyjnie zachowana u ludzi i myszy. Proponujemy, aby znakowanie egzonu H3K36me3 w chromatynie zapewnia dynamiczne połączenie między transkrypcją a splicingiem. --- Alternatywny splicing pre-mRNA jest ważnym mechanizmem generowania różnorodności białek. różnorodność białek, ale jego regulacja jest słabo poznana. Wykazaliśmy bezpośrednią rolę modyfikacji histonów w alternatywnym splicingu. Znaleźliśmy charakterystyczne sygnatury modyfikacji histonów, które korelują z wynikiem splicingu w zestawie ludzkich genów ludzkich genach, a modulacja modyfikacji histonów powoduje przełączanie miejsc splicingu. przełączanie miejsc splicingowych. Znaki histonowe wpływają na wynik splicingu, wpływając na rekrutację regulatorów splicingu poprzez białko wiążące chromatynę. Wyniki te przedstawiają system adaptorowy do odczytu znaczników histonowych przez maszynerię splicingową pre-mRNA przez maszynerię splicingową pre-mRNA. --- Podczas gdy wiele uwagi poświęcono chromatynie w promotorach i eksonach, ludzkie geny składają się głównie z sekwencji intronowych. geny składają się głównie z sekwencji intronowych. Analizując opublikowane badania nukleosomów i 41 śladów chromatyny u ludzi, zidentyfikowaliśmy modyfikacje histonów specyficznie związane z sekwencjami intronowymi 5', odróżniającymi się od znaczników promotora i nukleosomów. Te intronowe znaczniki były przestrzennie odwrotne do trimetylowanego histonu H3 Lys36 (H3K36me3), zazwyczaj przechodząc w pobliżu wewnętrznych eksonów. Kilka znaczników przechodziło w pobliżu bona fide eksonów, ale nie w pobliżu nukleosomów w sekwencjach podobnych do eksonów. Dlatego też zbadaliśmy, czy splicing wpływa na znakowanie histonów. Nawet przy znacznych zmiany w regulowanym alternatywnym splicingu, znaczniki histonowe były stabilne. W szczególności, odkrycia te są zgodne z definicją eksonu wpływającą na znaczniki histonowe. Podsumowując Podsumowując, pokazujemy, że lokalizacja wielu znaczników intragenicznych u ludzi może być w prostą zasadę organizacyjną: powiązanie z regionami 5' intronowymi lub 3' regionami egzonowymi. --- MOTYWACJA: Struktura chromatyny, w tym potranslacyjne modyfikacje histonów histonów, reguluje ekspresję genów, alternatywny splicing i tożsamość komórek. ChIP-seq jest coraz częściej stosowanym testem do badania funkcji chromatyny. Jednakże, narzędzia do dalszej analizy bioinformatycznej są ograniczone i opierają się jedynie na ocenie intensywności sygnału. Uznaliśmy, że nowe metody uwzględniające biorąc pod uwagę inne cechy sygnału, takie jak kształt piku, lokalizacja i częstotliwości mogą ujawnić nowy wgląd w funkcję chromatyny, szczególnie w sytuacji, gdy szczególnie w sytuacji, gdy różnice w intensywności odczytów są subtelne. WYNIKI: Wprowadziliśmy potok analizy oparty na liniowym kodowaniu predykcyjnym (LPC), który umożliwia przechwytywanie i porównywanie profili histonów ChIP-seq. Po pierwsze, pokazujemy, że modelowane profile sygnału rozróżniają różnie wyrażone geny z porównywalną dokładnością do geny z porównywalną dokładnością do intensywności sygnału. Metoda była odporna na zmiany parametrów i działała dobrze aż do stosunku sygnału do szumu wynoszący 0,55. Dodatkowo pokazujemy, że profile LPC aktywujących i i represyjnych znaczników histonowych łączą się w odrębne grupy i mogą być wykorzystywane do przewidywania ich funkcji. ich funkcji. DOSTĘPNOŚĆ I IMPLEMENTACJA: http://www.cancerresearch.unsw.edu.au/crcweb.nsf/page/LPCHP Implementacja Matlab wraz z instrukcjami użytkowania i przykładowym plikiem wejściowym są dostępne na stronie: http://www.cancerresearch.unsw.edu.au/crcweb.nsf/page/LPCHP. --- Ostatnie badania obejmujące cały genom ujawniły niezwykłą zgodność między pozycjami nukleosomów i granicami ekson-intron, a kilka badań ma wykazało, że specyficzne modyfikacje histonów regulują alternatywny splicing. Ponadto Ponadto, ostatnie postępy w łamaniu "kodu splicingowego" pokazują, że sekwencja motywy sekwencyjne przenoszone na powstającą cząsteczkę RNA są wystarczające do dokładnego przewidzieć specyficzne dla tkanki wzorce alternatywnego splicingu. Wszystkie te badania rzucają światło na złożoną interakcję między sekwencją RNA, sekwencją DNA i właściwościami chromatyny w regulacji splicingu. właściwościami chromatyny w regulacji splicingu. --- 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. --- W jaki sposób krótkie sekwencje egzoniczne są rozpoznawane w rozległych oceanach intronicznych, w których się znajdują? w których rezydują? Pomimo dziesięcioleci badań, pozostaje to jednym z najbardziej fundamentalnych, ale enigmatycznych pytań w dziedzinie splicingu pre-mRNA badań. Przez wiele lat badania mające na celu rzucenie światła na ten proces były koncentrowały się na poziomie RNA, charakteryzując sposób, w jaki czynniki splicingowe i białka pomocnicze oddziałują z sygnałami splicingowymi, umożliwiając, ułatwiając i regulując splicing. Jednak coraz lepiej rozumiemy, że splicing nie jest procesem izolowanym; raczej występuje współtranskrypcyjnie i i prawdopodobnie jest również regulowany przez procesy związane z transkrypcją. W rzeczywistości, badania przeprowadzone przez naszą grupę i inne w ciągu ostatniego roku sugerują, że struktura DNA w pod względem pozycjonowania nukleosomów i specyficznych modyfikacji histonów, które mają dobrze ugruntowaną rolę w transkrypcji, mogą również odgrywać rolę w splicingu. W W tym przeglądzie omawiamy dowody na sprzężenie między transkrypcją a splicingiem, koncentrując się na ostatnich odkryciach sugerujących związek między strukturą chromatyny a splicingiem strukturą chromatyny i splicingiem, a także podkreślając wyzwania stojące przed tą wyłaniającą się dziedziną. w obliczu.
Które modyfikacje histonów zostały powiązane z alternatywnym splicingiem?
H3K36m3 był systematycznie wiązany z włączeniem eksonu w prawie wszystkich opublikowanych badaniach. Inne znaczniki zostały również powiązane w konkretnych badaniach z ekspresją eksonów, ale nie można stwierdzić, że wpływ tych znaczników na ekspresję eksonów nie jest konsekwencją ich wpływu na ekspresję genów.