Super-wzmacniacze to duże skupiska wzmacniaczy transkrypcyjnych, które napędzają ekspresję genów ekspresję genów, które definiują tożsamość komórek. Lepsze zrozumienie roli ról, jakie super-wzmacniacze odgrywają w biologii, byłoby możliwe dzięki poznaniu konstelacji czynników, które tworzą te domeny i identyfikując super-wzmacniaczy w całym spektrum typów ludzkich komórek. Opisujemy tutaj populację czynników transkrypcyjnych, kofaktorów, regulatorów chromatyny i zajmujących super-wzmacniacze w embrionalnych komórkach macierzystych oraz dowody na to, że dowody na to, że super-wzmacniacze są wysoce transkrybowane. Stworzyliśmy katalog super-wzmacniaczy w szerokim zakresie typów ludzkich komórek i stwierdzamy, że super-wzmacniacze wiążą się z genami, które kontrolują i definiują biologię tych komórek. i definiują biologię tych komórek. Co ciekawe, zmienność związana z chorobą jest szczególnie wzbogacona w super-wzmacniaczach typów komórek związanych z chorobą. Co więcej, odkryliśmy, że komórki nowotworowe generują super-enhancery w onkogenach i innych genach ważnych w patogenezie nowotworów. patogenezie nowotworów. Tak więc, super-enhancery odgrywają kluczową rolę w tożsamości ludzkich komórek w zdrowiu i chorobie. --- Enhancery są krytycznymi elementami genomu, które definiują komórkową i funkcjonalną tożsamość tożsamość poprzez przestrzenną i czasową regulację ekspresji genów. Ostatnie badania sugerują, że kluczowe geny regulujące funkcje specyficzne dla typu komórki znajdują się w regionach genomowych o dużej gęstości enhancerów (tj. super enhancerów, stretch enhancerów). Tutaj donosimy, że wzmacniające RNA (eRNA) zidentyfikowane przez globalne sekwencjonowanie jądrowe są intensywnie transkrybowane w obrębie super enhancerów i są dynamicznie regulowane w odpowiedzi na sygnalizację komórkową. Wykorzystując Toll-like 4 (TLR4) w makrofagach jako system modelowy, stwierdziliśmy, że transkrypcja eRNA związanych z super enhancerami jest dynamicznie indukowana w większości kluczowych genów napędzających wrodzoną odporność i stan zapalny. Nieoczekiwanie, geny represjonowane przez sygnalizację TLR4 są również związane z domenami super enhancerów i towarzyszy masywna represja transkrypcji eRNA. Ponadto stwierdziliśmy, że każdy super enhancer działa jako pojedyncza jednostka regulacyjna, w obrębie której transkrypty eRNA i genowe transkrypty są regulowane w sposób skoordynowany. Kluczowa aktywność regulacyjna tych domen jest dodatkowo wspierana przez odkrycie, że związane z super wzmacniaczem wiązanie czynnika transkrypcyjnego jest dwa razy bardziej prawdopodobne, że zostanie zachowane między człowiekiem i myszami niż typowe miejsca wzmacniające. Nasze badanie sugeruje, że aktywność transkrypcyjna w super wzmacniaczach są krytycznymi składnikami do zrozumienia dynamicznej sieci regulacyjnej genów. --- Staje się coraz bardziej jasne, że czynniki transkrypcyjne działają w złożonych sieciach poprzez tysiące genomowych miejsc wiązania, z których wiele wiąże kilka czynników transkrypcyjnych. czynników transkrypcyjnych. Jednak zakres i mechanizmy wzajemnego oddziaływania między czynnikami transkrypcyjnymi w tych hotspotach pozostają niejasne. Wykorzystując połączenie zaawansowanych podejść proteomicznych i genomicznych, zidentyfikowaliśmy ∼12 000 hotspotów czynników transkrypcyjnych (∼12 000). czynników transkrypcyjnych (∼400 bp) we wczesnej fazie adipogenezy i znaleźliśmy dowody zarówno jednoczesnego, jak i sekwencyjnego wiązania czynników transkrypcyjnych w tych regionach. tych regionach. Wykazaliśmy, że hotspoty są wysoce wzbogacone w dużych regionach regionach super-wzmacniaczy (kilka kilobaz), które napędzają wczesne adipogeniczne przeprogramowanie ekspresji genów. przeprogramowanie ekspresji genów. Nasze wyniki wskazują, że kooperatywność między czynnikami transkrypcyjnymi na poziomie hotspotów, jak również super-wzmacniaczy jest bardzo ważna dla aktywności wzmacniacza i przeprogramowania transkrypcyjnego. przeprogramowania. Tak więc, hotspoty i super-wzmacniacze stanowią ważne węzły regulacyjne, które służą do integracji zewnętrznych bodźców na chromatynie.
Jakie są właściwości super-wzmacniaczy?
Super-wzmacniacze różnią się od typowych wzmacniaczy wielkością, gęstością i zawartością czynnika transkrypcyjnego, zdolnością do aktywacji transkrypcji i wrażliwością na perturbacje. Zdefiniowane przez ich wielkość, gęstość czynników transkrypcyjnych i wiązanie maszyn transkrypcyjnych, super-wzmacniacze zostały powiązane z genami napędzającymi różnicowanie komórek. Pod tym względem definicja super-enhancera jest przydatna w identyfikacji elementów regulatorowych, które mogą kontrolować geny ważne dla specyfikacji typu komórki. Superenhancery odgrywają zatem kluczową rolę w kontroli tożsamości komórek ssaków.