撰文 | 存中一贯
增强子（enhancers） 是调控基因表达的一种主要的DNA元件，它们一般距离目标基因的启动子具有很长的一段距离。自从增强子被发现之后，一个持续的争论便是由增强子转录形成的增强子RNA（enhancer RNA,eRNA） 在基因调控中是否具有特定的作用【1,2】。目前的研究显示，eRNA的转录是增强子活性的一个标志，在整个基因组中，eRNA的转录与增强子相邻基因的转录之间也存在一定联系，即eRNA的转录总是发生在这些基因转录之前【3,4】。也有研究显示，敲低eRNA会影响增强子上转录因子结合、表观遗传修饰等特征。一些转录因子以及表观遗传修饰酶能够与eRNA和增强子结合，但目前对于eRNA怎么调控增强子的活性还缺乏一致的结论。
近日，来自美国德克萨斯大学安德森癌症中心的Blaine Bartholomew带领团队在Molecular Cell杂志发表了他们最新的研究成果，题目是Enhancer switching in cell lineage priming is linked to eRNA, Brg1’s AT-hook, and SWI/SNF recruitment， 他们系统探究了增强子转录产物eRNA对于增强子活性的调控机制，发现SWI/SNF复合物中催化亚基BRG1含有一个AT-hook功能结构域，这个结构域能够与eRNA结合并调控增强子的活性。
此前有报道显示，Brg1含有RNA结合结构域，比如HAS，BRK等，但是这些结构域是否调控增强子活性并不清楚。除了这些结构域之外，Brg1还有另外一个AT-hook结构域，这个结构域以Arg-Gly-Arg为核心，在其核心一端或者两端存在脯氨酸，这个结构域能够结合DNA，并介导Brg1与染色体的结合。
研究人员利用CUT&RUN分析了Brg1在基因组中的定位，发现在naïve-stage和primed-stage阶段，Brg1定位在基因间以及内含子区域，可能是基因组顺式调控元件。在基因间和内含子区域，大部分Brg1的检测峰需要AT-hook的存在。依赖于AT-hook的Brg1结合主要发生在阶段特异的基因间和内含子区域，而不是在整个naïve-stage和primed-stage阶段。进一步的检测发现，AT-hook结构域更容易结合RNA而不是DNA，其中，两个Arg残基在结合RNA中发挥了关键作用。
之后，研究人员利用转录抑制剂检测发现，抑制剂导致Brg1在naïve-stage和primed-stage阶段基因间和内含子区域结合减弱，当AT-hook结构域被删除后，Brg1结合丧失，这说明AT-hook介导的Brg1招募是转录需要的。抑制剂导致的Brg1结合减弱区域，RNAPII丰度同样减弱。
研究人员利用RIP-seq对能够和AT-hook结合的RNA进行了分析。通过免疫亲和层析，研究人员对野生以及AT删除突变两个样品中与Brg1结合的RNA进行了检测和分析，发现与野生Brg1结合的RNA大多来自基因间和内含子区域转录生成的RNA，检测到的大多数RNA需要AT-hook结构域，仅有一部分RNA能够与野生以及突变Brg1都结合，另外还有一些RNA仅与突变Brg1结合。
接下来，研究人员还发现，一些转录共激活因子比如MLL3/4, Med1以及HDK27ac修饰的检测峰也定位在基因间和内含子区域，说明这些因子对于增强子的活化具有重要作用。实验显示，这些共激活因子在阶段特异的基因间和内含子区域的结合需要Brg1的AT-hook结构域，Brg1通过其AT-hook结构域招募这些共激活因子到增强子区域促进了增强子的作用。
综上，本研究发现增强子转录的eRNA通过与Brg1上的AT-hook结构域结合促进了一些共激活因子的招募，促进了增强子的活性，为深入理解增强子的活性调控提供了新的见解和思路。
参考文献
1. De Santa, F., Barozzi, I., Mietton, F., Ghisletti, S., Polletti, S., Tusi, B.K., Muller, H., Ragoussis, J., Wei, C.L., and Natoli, G. (2010). A large fraction of extragenic RNA Pol II transcription sites overlap enhancers.PLoS Biol. 8, e1000384.
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3. Tyssowski, K.M., DeStefino, N.R., Cho, J.H., Dunn, C.J., Poston, R.G., Carty, C.E., Jones, R.D., Chang, S.M., Romeo, P., Wurzelmann, M.K., et al. (2018). Different Neuronal Activity Patterns Induce Different Gene Expression Programs.Neuron98, 530–546.e11.
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https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.03.013