Cell 解密：增強子RNA如何調控轉錄

07-02

導語

增強子元件作為非編碼區的一段 DNA 序列，通過與特定轉錄因子結合強化基因轉錄，遠距離增強目的蛋白基因的表達。賓夕法尼亞大學的科學家們在《 Cell 》上的研究揭示了神秘的非編碼 RNA --增強子 RNA 與 CBP （轉錄輔激活因子）結合調控組蛋白的乙醯化，控制基因的表達和蛋白質的生物合成。

在細胞中，DNA 被轉錄成為 RNA，被用於蛋白質的生物合成。大多數基因組被轉錄成 RNA ，但實際上只有一小部分 RNA 來自基因組的蛋白質編碼區。非編碼區不能夠轉錄信使 RNA，但是它能夠調控遺傳信息的表達，非編碼區雖然不能編碼蛋白質但對於遺傳信息表達是不可缺少的。

為什麼非編碼區域不會被轉錄？他們的功能是怎樣實現的？帶著這個問題，賓夕法尼亞大學表觀遺傳學研究所的 Shelley Berger 和她實驗室的博士後 Daniel Bose ，著手研究增強子的基因表達調控。增強子遠距離提高編碼蛋白質基因表達的速率，所以細胞可以合成更多所需的蛋白質分子。被稱為增強子 RNA （ eRNA ）的神秘非編碼 RNA 從增強子序列開始轉錄。儘管這些對於促進基因表達是重要的，但是它們如何實現這一功能是完全未知的。

他們的研究揭示了這些難以捉摸的 eRNAs： CBP，激活增強子轉錄的酶，可以直接綁定到 eRNAs 上。CBP 通過調節乙醯化來控制生物體內的基因表達模式，降低組蛋白與 DNA 的親和性，使染色質松解，以促進轉錄。這一成果於 1 月 12 日發表在《 Cell 》上。

Bose 說：「我們體內的細胞共享相同的基因和 DNA 序列，不同之處僅在於這些基因表達模式不同。增強子和 eRNA 是這個過程的關鍵，令人興奮的是，我們的工作發現 eRNAs 產生這些不同模式基因表達的新方法。我們思考 eRNA 是否直接參与 CBP 的工作，最終我們發現他們確實如此。」

通過生化測定，他們表明 CBP 綁定到 RNA 區域也可以調節 CBP 與化學標記結合的能力。通過結合到該區域，eRNA 可以直接促進 CBP 的乙醯化活性。

「在腫瘤生物學的研究中，科學家們對增強子和 eRNA 表現出濃厚的興趣，因為缺陷型增強子可以引起過多或過少的蛋白質生物合成，或者可以調控編碼區的關閉或開啟，或者可以使蛋白質合成的時間紊亂，「Berger 說。了解更多關於增強子和 eRNA 的功能將有助於腫瘤學家的研究，因為最近的人類腫瘤 DNA 測序顯示與癌症和其他相關疾病的許多突變都發生在基因組的增強子區域，而非蛋白質編碼區域。

「從根本上說，這是重要的科學，因為我們顯示增強子 RNA 在全基因組中具有指導蛋白質合成的關鍵作用，」Berger 說。「我們在全基因組中確定，增強子 RNA 是與 CBP 結合的最常見的 RNA 類型，通過進行這種相互作用，eRNA 在調節 CBP 活性和基因表達中發揮關鍵作用。」

參考文獻：RNA Binding to CBPStimulates Histone Acetylation and Transcription. Cell, 2017.

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