Nature | 转录辅助因子显示出不同类型核心启动子的特异性
推荐：江舜尧
编译：多儿
编辑：马莉
澳大利亚学者Alexander Stark等人于2019年5月15日在《Nature》上发表题目为《Transcriptional cofactors display specificity for distinct types of core promoters》的文章。该文章通过研究转录辅助因子与核心启动子的激活，发现辅助转录因子和特定类型的核心启动子之间存在明显的调控偏好或“兼容性”，研究者认为这种兼容性可能是果蝇和人类等不同物种不同转录程序的基础。
文章摘要
辅助转录因子（COF）传递着从增强子到启动子的调控线索，是转录调控和基因表达的中心效应因子。尽管一些辅助转录因子表现出对某些启动子类型的偏向性，但不同辅助转录因子对不同启动子表现出内在特异性的程度尚不清楚。研究者使用果蝇S2细胞的高通量启动子活性试验筛选了23个辅助转录因子，以考察它们激活72,000个候选核心启动子(CPs)的能力。研究者观察到不同的核心启动子激活，表明辅助转录因子和特定类型的核心启动子之间存在明显的调控偏好或“兼容性”。这些功能上不同的核心启动子类型对已知的序列元件(如TATA box、下游启动子元件(DPE)或TCT motif)有不同的富集，并在内源性位点上显示出不同的染色质特性。值得注意的是，核心启动子类型在H3K4me3和H3K4me1特征中的相对丰度不同，这表明这些组蛋白修饰可能区分的是跨调控因子，而不是启动子型和增强子型顺式调控元件。研究者证实了在另外两种果蝇细胞系和人类细胞中存在明显的辅助转录因子-核心启动子相容性，发现辅助转录因子分别偏好于TATA-box或CpG岛启动子。辅助转录因子和启动子之间的不同兼容性可以解释不同的增强子如何特异性地激活不同的基因集、同一基因内的可变启动子以及同一启动子内不同的转录起始位点。因此，辅助转录因子启动子的兼容性可能是果蝇和人类等不同物种不同转录程序的基础。
文中主要图片说明
图1 | 通过转录辅助因子(COFs)对候选核心启动子(CP)进行差异激活。a, 辅助因子自转录活性核心启动子测序（COF-STAP-seq）高通量启动子活性检测的原理概述。转录辅助因子是通过GAL4 DNA结合区域一个一个被收集到核心启动子的候选库里；报告-转录标签是通过测序定量的。 b, 在一个有代表性的基因组位点上，由四个转录辅助因子和GFP（阴性对照）激活的核心启动子的转录。MED25和Lpt主要激活CG9782核心启动子，Chro和Gfzf主要激活RpS19a的核心启动子，Mof主要激活mbt和SmG的核心启动子。c，基于COF-STAP-seq的皮尔逊相关系数的聚类分析表明所有的核心启动子中辅助转录因子的激活是有显著差异的。d, 通过四个转录辅助因子激活50个核心启动子的STAP-seq (S)和荧光素酶(L)信号的热图。除了Mof外，其余三种辅助转录因子两种方法的皮尔逊相关系数都大于0.72。e，在S2细胞中结合到5933个核心启动子上的辅助转录因子在COF-STAP-seq中具有内源性活性。f, COF抑制后，与COF-STAP-seq的前后25%核心启动子有关的基因表达倍数的改变。与前25%核心启动子相关的基因表达的下调程度高于与后25%核心启动子相关基因表达的下调程度。g, COF抑制后下调基因的核心启动子和其他基因的核心启动子的COF-STAP-seq标签数目。
图2 | 不同的转录辅助因子激活的核心启动子组包含不同的核心启动子基序（motif）。a, 基于STAP-seq中转录辅助因子的反应性，将已知的果蝇核心启动子motif的发生分为5组。TCT发生在第四组前10%的启动子中。b,核心启动子组中motif的富集或缺失。c，在S2细胞中活跃的核心启动子在转录起始位点（TSS）周围的一般转录因子ChIP-seq覆盖度。d,与c图类似，但是表示的转录起始位点-150到+50bp窗口的平均覆盖度。
图3 | H3K4me1 和 H3K4me3不同的标志启动子由不同的转录辅助因子激活。a, 由不同的转录辅助因子激活的5个核心启动子组的内源性染色质属性（左）。热图表示核心启动子组转录起始位点周围的覆盖度。b,在一个限定窗口内，转录起始位点周围的平均覆盖度。c，差异激活的、且有H3K4me1 VS H3K4me3特征的核心启动子的例子。d,S2细胞中内源性位点上根据减少的H3K4me1:H3K4me3比值排序的COF-STAP-seq信号。e,前、后20%核心启动子的COF-STAP-seq信号。
图4 | 辅助转录因子-核心启动子的相容性是一个保守的调控原则，它是差异基因和选择性启动子激活的基础。a, 由来自REN和IRAK1 基因核心启动子的人类P65, MED15 and MLL3b激活的转录。b,转录辅助因子的聚类分析，基于对12000个候选核心启动子STAP-seq标签计数的皮尔逊相关性。c，核心启动子中TA和CG二核苷酸的发生情况，根据MED15：MLL3活性排序。d, 前、后10%核心启动子的TATA-box 基序得分、初始基序得分、GC含量和观察与预期的CpG二核苷酸比值的分布情况。e-f，差异激活可变启动子或者紧密的转录起始位点的举例。g，辅助转录因子-核心启动子的相容性模型，该模型允许在单个启动子内对不同基因、相同基因的可变启动子(左)或单个转录起始位点进行独立调控。