Mol Cell | Integrator驱动RNAPII转录位点启动子临近终止

2022-11-30 14:16:58, 十一月

撰文 | 十一月

基因表达的精确调控对于机体的发育和细胞对环境的适应至关重要。RNA聚合酶II（RNAPII）在延伸早期的暂停是基因调控的关键【1】。暂停的RNAPII可以通过激酶P-TEFb释放或者通过Integrator复合物靶向提前终止。Integrator复合物包括内切酶和磷酸酶活性，通过新生RNA的裂解以及磷酸化的去除来驱动终止【2】。但是迄今为止，Integrator活性研究依赖于长时间、基于RNAi的扰动，因此，一些观察到的基因表达变化可能反映了间接或代偿效应【3】。

为了揭开Integrator复合物内切酶组分在转录提前终止中的具体作用机制，近日，美国哈佛大学Karen Adelman研究组在Molecular Cell上发表了文章Integrator endonuclease drives promoter-proximal termination at all RNA-polymerase-II-transcribed loci，通过建立Integrator快速降解系统，揭开了Integrator内切酶活性驱动转录位点启动子临近终止的分子机理。

Integrator复合体中包含INTS11，具有活性内切酶，INTS11与INTS4和INTS9位于一个亚复合体中【4】。为了分析Integrator内切酶活性的直接作用，作者们开发了一个快速消耗INTS11的系统。作者们利用CRISPR介导的基因编辑技术将HaloTag整合到内源INTS11基因的N端，然后作者们使用靶向HaloTag的PROTAC处理INTS11的细胞进行INTS11的快速降解。首先N端的HaloTag标记并不会影响INTS1本身的亚细胞定位以及表达。其次，作者们发现在PROTAC处理4小时内，INTS11-Halo蛋白水平迅速降低。由于Integrator复合体的模块化架构，作者们发现同一个亚复合体的INTS4会随着INTS11的降低而降低，但是其他的核心亚基和模块INTS1、INTS10和INTS3则没有明显的变化。因此，该实验系统会特异性降解Integrator内切酶模块，但不会影响Integrator复合体的其他组件。

为了初步评估INTS11缺失的影响，作者们评估了snRNA 3’末端的加工。以U7 snRNA下游融合GFP作为报告因子，作者们发现在该系统中Integrator的缺失会导致RNAPII读通到GFP。为了更广泛地研究INTS11丢失对snRNA转录的影响，作者们进行了TT-seq，该测序方法可以检测新生RNA转录组【5】。作者们发现在PROTAC处理后，snRNA 3’末端读通信号增加。

进一步地，作者们通过PRO-seq发现在PROTAC处理后启动子临近区域RNAPII水平显著增加。因此，INTS11能够广泛减弱启动子临近区域的转录启动，但INTS11的急性消耗并不会影响mRNA 3’末端的形成。随后，作者们对INTS11消耗后的基因组变化进行检测，发现主要影响较短的转录本相关的转录因子以及激酶信号通路。

对INTS11进行快速降解的转录反应的一个关键特征是启动子临近区活性RNAPII的增加和RNAPII释放到基因体中。为了进一步揭开INTS11造成转录延伸缺陷的原因，作者们使用TT-seq的数据对RNA的输出进行了检测，发现INTS11的缺失会造成RNAPII延伸效率的降低。但这一现象并不是由于Integrator的其他因子与RNAPII相互作用被破坏造成的，说明了INTS11快速降解所造成的表型是特异的。

图工作模型

总的来说，作者们的工作通过建立Integrator核酸内切酶INTS11的快速降解模型，发现会使得RNAPII释放增加、RNAPII的延伸效率变低，从而确定Integrator广泛调节RNAPII暂停释放与提早终止之间的平衡。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.10.004

制版人：十一

参考文献

1. Core, L., and Adelman, K. (2019). Promoter-proximal pausing of RNA polymerase II: a nexus of gene regulation. Genes Dev. 33, 960–982.

2. Huang, K.-L., Jee, D., Stein, C.B., Elrod, N.D., Henriques, T., Mascibroda, L.G., Baillat, D., Russell, W.K., Adelman, K., and Wagner, E.J. (2020). Integrator recruits protein phosphatase 2A to prevent pause release and facilitate transcription termination. Mol. Cell 80, 345–358.e9.

3. Jaeger, M.G., and Winter, G.E. (2021). Fast-acting chemical tools to delineate causality in transcriptional control. Mol. Cell 81, 1617–1630.

4. Albrecht, T.R., Shevtsov, S.P., Wu, Y., Mascibroda, L.G., Peart, N.J., Huang, K.L., Sawyer, I.A., Tong, L., Dundr, M., and Wagner, E.J. (2018). Integrator subunit 4 is a ‘‘Symplekin-like’’ scaffold that associates with INTS9/11 to form the Integrator cleavage module. Nucleic Acids Res. 46, 4241–4255.

5. Schwalb, B., Michel, M., Zacher, B., Fruhauf, K.F., Demel, C., Tresch, A., € Gagneur, J., and Cramer, P. (2016). TT-seq maps the human transient transcriptome. Science 352, 1225–1228.