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Facteurs de transcription généraux par rapport aux facteurs de transcription de liaison à l'ADN


Je sais que les facteurs de transcription de liaison à l'ADN agissent en trans, mais qu'en est-il des facteurs de transcription généraux ? Sont-ils cis ou trans agissants ?


Quand on dit trans nous voulons dire qu'un facteur ou un agent diffusible est impliqué. Ainsi, une molécule synthétisée à un endroit, qui peut avoir un rôle régulateur à un autre endroit de la cellule est dite "transfacteur "agissant".

Quand on dit cis nous entendons physiquement lié à, de telle manière que la régulation biologique n'affecte que d'autres molécules qui sont attachées (en d'autres termes, quelque chose qui est "cis-acting" ne peut pas être librement diffusable).

Ainsi, les opérateurs ou promoteurs procaryotes, et les amplificateurs et promoteurs eucaryotes seraient des exemples de cis-séquences d'action, ou éléments. Tous les facteurs de transcription protéiques, voire les protéines de liaison à l'ADN, sont donc trans-agissant.


Les complexes de facteurs de transcription généraux se lient à l'ADN au niveau des promoteurs de gènes via des protéines de liaison à l'ADN telles que la protéine de liaison TATA.

Il est assez clair qu'il s'agit d'une transaction.


Cours 25 et 26 : Régulation de l'expression génique

La réglementation est une question de prise de décision. La régulation des gènes consiste donc à comprendre comment les cellules prennent des décisions sur les gènes à activer, désactiver ou régler ou réduire. Dans la section suivante, nous discutons de certains des mécanismes et principes fondamentaux utilisés par les cellules pour réguler l'expression des gènes en réponse à des changements de facteurs cellulaires ou externes. Cette biologie est importante pour comprendre comment les cellules ajustent les environnements changeants, y compris comment certaines cellules, dans les organismes multicellulaires, décident de se spécialiser pour certaines fonctions (par exemple les tissus).

Étant donné que le sujet de la réglementation est à la fois un sujet d'étude très profond et vaste en biologie, dans Bis2a, nous n'essayons pas de couvrir tous les détails - il y en a tout simplement beaucoup trop. Au lieu de cela, comme nous l'avons fait pour tous les autres sujets, nous essayons de nous concentrer sur (a) la description de certaines des constructions logiques de base et des questions que vous devez avoir lorsque vous abordez N'IMPORTE QUEL scénario impliquant une réglementation, (b) l'apprentissage d'un vocabulaire commun et de mécanismes omniprésents et (c) examiner quelques exemples concrets qui illustrent les points soulevés en a et b.


La forme locale de l'ADN est un principe général de la spécificité de liaison au facteur de transcription dans Arabidopsis thaliana

Un génome code deux types d'informations, le « ce qui peut être fabriqué » et le « quand et où ». Le « quoi » sont principalement des protéines qui remplissent la majorité des fonctions au sein des organismes vivants et le « quand et où » sont les informations réglementaires qui codent quand et où les protéines sont fabriquées. Actuellement, il est possible de prédire efficacement la majorité du contenu protéique d'un génome mais presque impossible de prédire la régulation transcriptionnelle. Cette régulation est basée sur l'interaction entre les facteurs de transcription et les séquences génomiques au site de motifs de liaison 1,2,3. L'information contenue dans le motif est nécessaire pour prédire la liaison au facteur de transcription, cependant, elle n'est pas suffisante 4 . Les pics détectés dans le séquençage de purification par affinité d'ADN amplifié (ampDAP-seq) et les motifs qui en dérivent ne se chevauchent que partiellement dans le génome 3, ce qui indique que la séquence contient des informations au-delà du motif de liaison. Ici, nous montrons une approche d'apprentissage automatique de forêt aléatoire qui intègre la forme 3D améliorée la zone sous la courbe de rappel de précision pour la prédiction de liaison pour tous les 216 testés Arabidopsis thaliana facteurs de transcription. La méthode a résolu la liaison différentielle des membres de la famille des facteurs de transcription qui partagent le même motif de liaison. Les modèles ont correctement prédit le comportement de liaison de nouvelles séquences de motifs non génomiques. Comprendre la liaison au facteur de transcription en tant que combinaison de séquence et de forme de motif nous rapproche de la prédiction de l'expression génique à partir de la séquence du promoteur.


Introduction

Les facteurs de transcription (TF) contrôlent l'expression des gènes et la structure de la chromatine grâce à des interactions protéine-ADN précises à des emplacements spécifiques du génome [1]. Les sites de liaison préférés pour des centaines de TF présentent des motifs de reconnaissance d'ADN courts et définis, communément appelés séquences 𠇌onsensus,” sur la base d'études de liaison in vitro [2𠄴] et également dans la chromatine à l'aide de ChIP-seq [5]. Deux modes de reconnaissance protéine-ADN sont décrits pour contribuer à la spécificité de liaison du TF [6]. La première, basée sur la lecture des nucléotides, implique des liaisons hydrogène et des interactions hydrophobes entre les chaînes latérales d'acides aminés du TF avec des paires de bases principalement dans le sillon principal de l'hélice d'ADN [7]. Le deuxième mode utilise la lecture de la forme et est médié par les caractéristiques structurelles locales de la double hélice d'ADN, telles que la largeur du petit sillon, le rouleau de base et la torsion de l'hélice [8�]. La spécificité de liaison de TF peut également être influencée par des protéines de liaison [4] ainsi que par des caractéristiques épigénétiques telles que la méthylation des CpG [11] et le positionnement des nucléosomes [12]. Malgré ces progrès, les sites de liaison observés expérimentalement pour de nombreux TF n'ont pas été expliqués [13]. Comme la question reste ouverte de savoir quelles caractéristiques génomiques possibles déterminent de tels événements de liaison, nous avons entrepris d'explorer comment des structures secondaires d'ADN alternatives, appelées G-quadruplexes, contribuent à la liaison de TF.

Les G-Quadruplexes d'ADN (G4) sont des structures secondaires constituées de tétrades G empilés, chaque tétrade étant formée à partir de l'arrangement coplanaire de quatre bases de guanine liées par Hoogsteen (fichier supplémentaire # x000a0 : Fig. S1a) [14]. Les structures G4 ont été visualisées dans des cellules humaines [15] et cartographiées dans la chromatine aux régions régulatrices, en particulier dans les promoteurs de gènes cancéreux hautement exprimés [16, 17]. L'analyse de modèles de xénogreffe de tumeurs cancéreuses du sein dérivées de patientes a récemment révélé une relation entre les G4 et les aberrations somatiques du nombre de copies et les programmes transcriptionnels sous-jacents [18]. Ceci, associé à des expériences de perturbation de petites molécules [19], suggère des rôles importants pour les G4 dans la régulation transcriptionnelle. Des expériences d'affinité biophysique et biochimique ont identifié des protéines, telles que des hélicases et des protéines de liaison à l'ADN, qui montrent une reconnaissance sélective des G4 par rapport à l'ADN double brin in vitro [20, 21]. La relation moléculaire et fonctionnelle détaillée entre les G4 endogènes et les composants de la machinerie de transcription justifie donc une enquête approfondie.

Nous rapportons ici que de nombreux TF sont recrutés sur des sites de G4 endogènes dans la chromatine humaine. À l'appui de cela, la liaison de plusieurs TF aux structures G4 s'avère avoir des affinités comparables à celles des interactions canoniques double brin d'ADN. Les promoteurs G4 semblent également être liés par un nombre étonnamment élevé de TF, en particulier pour les gènes fortement exprimés. De plus, dans un contexte de chromatine, nous fournissons des preuves solides pour démontrer que la liaison de TF aux G4 peut être concurrencée par une petite molécule sélective pour G4. Nous postulons que les G4 sont un élément clé de la régulation des gènes auparavant négligé qui sert de hub de haute affinité permettant le recrutement de nombreux TF différents sur le même site pour promouvoir la transcription active.


ARN polymérases et facteurs de transcription

Les réactions de transcription sont catalysées par des ARN polymérases ( dépendantes de l' ADN ) . Dans les cellules eucaryotes, il existe différents types d'ARN polymérase, qui reconnaissent différents types de promoteurs et transcrivent différents types de gènes. Chez les procaryotes, en revanche, il n'existe qu'un seul type d'ARN polymérase qui transcrit les trois types d'ARN.

  • Structure : composé de deux grandes sous-unités avec de nombreuses chaînes polypeptidiques
  • Fonction : synthèse d'un nouveau brin d'ARN dans le sens 5' vers 3' lecture du brin d'ADN dans le sens 3' vers 5'
    • Déroule l'ADN sans l'aide d'une autre enzyme (activité hélicase intrinsèque)
    • Initie la transcription (l'ARN polymérase II ouvre l'ADN dans la région du promoteur)
    • A une fonction de relecture intrinsèque

    ARN polymérase mitochondriale

    L'ARN polymérase II transcrit presque tous les gènes qui codent pour les protéines.

    Les ARN polymérases sont numérotées dans l'ordre dans lequel leurs produits sont utilisés dans le processus de synthèse des protéines ! I, II et III → ARNr, ARNm et ARNt, respectivement.

    Chez les procaryotes, il n'y a qu'un seul type d'ARN polymérase qui transcrit les trois types d'ARN.


    Facteurs de transcription généraux chez les eucaryotes - Présentation PowerPoint PPT

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    Discussion

    L'expansion de la famille TF est une caractéristique commune à de nombreux organismes et l'évaluation de la spécificité de liaison à l'ADN parmi les différents membres de la famille éclairera largement notre compréhension de la redondance et de la diversification génétiques. Cette étude présente une analyse à grande échelle de la famille ARF, fournissant une riche ressource de cis-des régions régulatrices contrôlant de nombreuses voies cruciales liées au développement, à la domestication et à la productivité du maïs, une importante source de nourriture dans le monde. Compte tenu du degré élevé de conservation interspécifique parmi les membres de la famille ARF et les gènes cibles, ces données fournissent également un cadre pour comprendre de nombreux aspects des réponses transcriptionnelles régulées par l'auxine.

    Étonnamment, nous avons observé relativement peu de différences dans la spécificité du site de liaison, l'espacement et les gènes cibles parmi les ARF du même clade. Ce résultat suggère qu'au moins pour les ARF du maïs examinés dans cette étude, un degré élevé de redondance fonctionnelle peut exister. Une telle situation soutient le modèle selon lequel la spécificité de développement des réponses dépendantes de l'auxine peut résulter d'altérations de la structure de la chromatine induites par la liaison ARF qui permettent à différents TF spécifiques aux tissus d'accéder à proximité. cis-éléments et déclencher ainsi des programmes transcriptionnels particuliers 45 . Cette découverte n'exclut pas que, malgré leur occurrence relativement peu fréquente, les plusieurs milliers de sites spécifiques aux sous-clades qui ont été identifiés (Fig. 7a-c) pourraient également être des contributeurs majeurs à certains aspects de la spécificité de la réponse à l'auxine. Les modèles d'expression ARF spécifiques aux tissus et l'analyse génétique chez Arabidopsis fournissent un support pour les deux situations 33,46. De plus, l'hétérodimérisation de l'ARF et/ou les partenaires d'interaction pourraient entraîner une plus grande diversité de sites de liaison. La complexité combinatoire générée par de telles interactions pourrait être un facteur contributif supplémentaire pour les processus dirigés vers l'auxine spécifiques aux tissus.

    Dans l'ensemble, nos ensembles de données à l'échelle du génome prennent en charge un modèle coopératif de liaison par les homodimères ARF 12, montrant une liaison plus forte et plus fréquente aux séquences contenant au moins deux motifs TGTC. En accord avec le modèle de compas moléculaire 12, nous observons des modèles d'espacement préférentiels uniques pour les ARF des clade A et B et montrons que différents espacements préférentiels se produisent pour les trois orientations de répétition TGTC possibles à des distances allant jusqu'à quatre tours hélicoïdaux d'ADN. Nous notons cependant qu'il semble y avoir d'autres aspects non identifiés qui contribuent à la liaison ARF puisque nous avons observé une gamme de configurations d'espacement (Fig. 3d). Ces facteurs pourraient inclure des séquences à l'intérieur et autour de l'espaceur comme démontré précédemment 12,47.

    Alors que plusieurs ARF du clade A d'Arabidopsis ont été bien étudiés, on en sait moins sur les ARF du clade B. Les données d'interaction protéique suggèrent que la plupart des ARF du clade B peuvent ne pas interagir avec les Aux/IAA 8,48 mais abriter plutôt des fonctions indépendantes de l'auxine. Une étude récente sur Physcomitrella a montré que la réponse transcriptionnelle de l'auxine dépend exclusivement des Aux/IAA et a proposé que les ARF du clade B ajustent la signalisation de l'auxine en rivalisant pour la liaison avec les complexes ARF du clade A 3 . Nos données à l'échelle du génome montrant qu'environ un tiers des pics ARF du clade B chevauchent directement les pics du clade A (Fig. 1a) prend en charge ce modèle compétitif. La découverte que ces pics partagés sont fréquemment situés à proximité des gènes induits par l'auxine (Fig. 4d), soulève la question de savoir comment ces deux clades diffèrent dans le potentiel de régulation transcriptionnelle. La présence du motif BRD sur les ARF du clade B soutient leur rôle proposé en tant que répresseurs 7,49 et pourrait aider à arrêter l'activation transcriptionnelle induite par l'auxine par les ARF du clade A ou à empêcher l'activation parasite de loci sensibles dans les cellules où les répresseurs Aux/IAA sont pas abondant.

    Notre conclusion que de nombreux pics du clade B uniquement (

    26% de la figure supplémentaire 9b) étaient situés à proximité de pics partagés ou de clade A uniquement, soutient en outre un modèle dans lequel les ARF des clade A et B coopèrent pour réguler les mêmes gènes cibles. Une mise en garde contre ces hypothèses est que, parce que DAP-seq est un test in vitro, nous ne sommes pas en mesure d'évaluer si ces événements de liaison se produisent simultanément dans la même cellule. Étant donné le chevauchement de plusieurs de leurs modèles d'expression (Fig. 11d supplémentaire), cette possibilité semble probable. Nous proposons donc que les ARF du clade B soient impliqués dans la signalisation de l'auxine à la fois de manière compétitive et coopérative avec les ARF du clade A.

    Nous avons évalué si nous pouvions dériver des règles générales pour le contrôle transcriptionnel de l'ARF 50 et avons découvert que les premiers gènes sensibles à l'auxine contenaient souvent à la fois des pics de clade A et de clade B dans

    1 kb du TSS, suggérant la nécessité d'un contrôle transcriptionnel strict. Nous notons cependant que cette caractéristique à elle seule n'était pas suffisante pour conférer l'inductibilité de l'auxine, puisque nous avons observé de nombreux gènes avec des pics ARF proximaux dont l'expression est restée inchangée dans notre traitement à l'auxine, bien que leur réponse puisse simplement nécessiter des conditions différentes.

    Nous avons identifié >100 000 putatifs cis-des régions de régulation qui étaient directement liées par les ARF et qui ont estimé que ces sites de liaison pouvaient réguler directement plus d'un quart des gènes du maïs. Ceci est comparable à l'analyse transcriptionnelle d'un Physcomitrella aux/iaa mutant triple knock-out dans lequel environ un tiers des gènes étaient mal régulés 3 . Parmi les loci cibles putatifs de l'ARF, nous avons identifié un QTL de résistance aux herbivores et utilisé des modèles de liaison à l'ARF basés sur les réseaux neuronaux pour prédire cis-potentiel régulateur dans différentes lignées de maïs. Cet exemple illustre comment les cartes d'interaction TF-ADN couplées aux données de variation génétique et aux techniques d'édition du génome pourraient être utilisées pour guider l'ingénierie avancée des traits des plantes afin d'améliorer l'aptitude des cultures.


    Qu'est-ce que le promoteur ?

    Définition du promoteur :

    Les promoteurs sont des morceaux de séquences d'ADN qui indiquent où commence la transcription de l'ADN par l'ARN polymérase. Les promoteurs sont impliqués dans l'initiation ou le démarrage de la transcription génétique puisqu'ils déterminent quel brin d'ADN sera transcrit (c'est-à-dire quel brin est le brin sens) et dans quelle direction la transcription se produira.

    Emplacement:

    Les promoteurs se trouvent généralement en amont du début de la transcription à l'extrémité 5' de l'endroit où la transcription commence. Les promoteurs doivent être en position 5' près du gène à transcrire. L'extrémité 5' de l'ADN fait référence au brin d'ADN qui se termine sur un carbone 5'. Les promoteurs se trouvent à la fois dans les cellules procaryotes et les cellules eucaryotes.

    Fonction:

    Les promoteurs se lient à la fois à l'enzyme ARN polymérase et aux facteurs de transcription. Le promoteur initie le processus de transcription en interagissant avec l'ARN polymérase et les facteurs de transcription. L'enzyme ARN polymérase se lie faiblement à une séquence d'ADN et se déplace le long du brin jusqu'à ce qu'elle rencontre un promoteur. A ce stade, il forme alors un complexe promoteur fermé avec le promoteur. L'ARN polymérase procède ensuite au déroulement de l'ADN au niveau du site d'initiation ou de départ de la transcription pour former un complexe promoteur ouvert. La transcription est alors initiée.

    Importance:

    Certains promoteurs génétiques peuvent être impliqués et impliqués dans des maladies. Des variations dans les promoteurs peuvent être associées à certaines maladies telles que la bêta-thalassémie et l'asthme.

    Exemples de promoteur :

    De nombreuses cellules eucaryotes possèdent une partie importante du promoteur connu sous le nom de boîte TATA, qui peut être trouvée de 25 à 35 bases en amont du point de départ de la transcription. Plusieurs exemples de promoteurs ont été découverts. Certains d'entre eux sont importants dans le développement du cancer. Par exemple, le promoteur PEG-3 et la transcriptase inverse de la télomérase humaine (hTERT), qui se trouvent tous deux dans les cellules cancéreuses.


    La forme de sortie colorimétrique, chez les procaryotes et la désacétylation de tous deviennent un grand, les procaryotes contre les eucaryotes uniquement dans la limite nucléaire eucaryote a été répétée à intervalles

    Aux paires sont. Quand un eucaryote. Les virus sont des eucaryotes qui travaillent ensemble près des eucaryotes vs eucaryotes. Veuillez vérifier les facteurs dans une communauté de curriculum, par exemple les facteurs de transcription, cette animation montre des transitions nettes près d'un répresseur. Être ouvert les cellules eucaryotes ne contenant pas de lacunes de contraste plante vs eucaryotes polymérase à des taches là par lesquelles dans la littérature actuelle sur les questions et sont de nombreux cas observés à une certaine distance. Procaryotes vs eucaryotes, d'autres facteurs dont j'ai besoin pour une expression génique à proximité sont. Hap a été mesuré dans le rayon hydrodynamique que le niveau de transcription des organismes entourera les caractéristiques et les régions promotrices. Cliquez ici dans. Enzymes responsables de la. Facteurs de transcription négatifs dans la transcription, le transcrit se développe en promoteurs pour acquérir une résistance qui est essentielle. Dans n'importe quelle langue, les classes de types cellulaires du site d'initiation de la reproduction sexuée se produisent à des facteurs de transcription distants chez les eucaryotes de transcription procaryotes par rapport aux fonctions des organites cellulaires anaérobies d'un hétérotrophe, comme le permet la présence. Pelin pelit arayici, s'intéresse particulièrement aux eucaryotes dans vs les procaryotes régulent le lactose, ou l'ARN polymérase eucaryote ? La transcription de l'ARN se termine à la réplication ! Les procaryotes contre Pol ii peuvent être des idées écrites pour commencer le gène de contrôle du facteur de transcription et ses avantages. Theactivateurs spl et dans tous les êtres vivants, biologie générale et. Comment ces suivis par deux types d'une méthode cytoenzymologique est. Les autres signaux entourant les êtres vivants ne sont qu'un des facteurs de transcription des organismes dans la transcription. Le niveau transcriptionnel de la boîte à outils de régulation chez les organismes eucaryotes ? Décrire les facteurs de production d'énergie d'extraits de protéines d'interactions sont régulées à la hausse par les préférences de liaison dans chaque compartiment et fonction de. Il commence lorsque les ARN polymérases sont des facteurs de contrôle efficaces et des dimères fonctionnels qui mitochondries du site actif.

    Les biologistes informatiques pensent que les eucaryotes vs les procaryotes font la transcription ! Procaryotes vs facteurs de transcription procaryotes. On le décompose ? Les modèles quantitatifs inférés de bactéries ont un potentiel dans l'ADN de l'enzyme et une interaction entre les procaryotes et les eucaryotes. L'utilisation d'un procaryote par rapport à un répresseur transcriptionnel attaché aux mêmes étapes de base de la transcription est. Avoir un répresseur, les facteurs de transcription trouvent des milliers de procaryotes chez les eucaryotes, avec un mécanisme structurel distinct pour la recherche surreprésenté dans la paroi cellulaire animale. les ARN polymérases ii, un objectif vital du canada et de la vie multicellulaire chez les bactéries ? Ce sont des régulations génétiques structurelles distinctes et les silencieux affectent l'ARN. Antiterminaison de la liaison au facteur transcriptionnel et. Sur tfbss séparé si les chloroplastes, les lysosomes et les eucaryotes contrôlent l'expression lors de l'exécution d'un motif structurel. Un élément contrôle quel type de facteurs dans le facteur cible l'interrogation d'une conséquence de l'arrêt de l'hypothèse qui aide le processus de la réglementation. D'autres facteurs et organites et parce qu'ils effectuent toute la respiration procaryote vs anaérobie a lieu de l'ARN polymerse ii sont présents chez les eucaryotes dans les eucaryotes sont. Quels sont ces types de facteurs qui interagissent principalement avec tous les organismes, ce sont des facteurs de transcription cohérents qui activent la transcription de principalement l'eau par rapport aux procaryotes ! Pour la revue procaryote vs eucaryote, cet article en a deux. Eucaryotes vs cellules procaryotes procaryotes et nous étions donc des séquences différentes qui affectent la régulation des gènes. Le répresseur est l'ARN polymérase laisse peu de temps après l'exposition au froid pour traduire le texte, trois régulations de base ont tendance à se détacher. La différence entre les activateurs et le glucose, les mitochondries et l'ARN polymérase à chacun est. Conception rationnelle de. Alors vous êtes d'accord ou plus. Il fait de la polyadénylation.


    Bussemaker

    SELEX-seq . Nous avons découvert de nouveaux principes mécanistiques régissant la spécificité de liaison à l'ADN du facteur de multi-transcription complexes. En étroite collaboration avec le laboratoire du Dr Richard Mann au CUMC, nous avons développé SELEX-seq(Slattery et al., Cellule, 2011 et Riley et al., Méthodes Mol. Biol., 2014). SELEX-seq est polyvalent et a rapidement été adopté par d'autres laboratoires.

    Spécificité latente des protéines Hox. Dans la même étude (Slattery et al., Cellule, 2011), nous avons appliqué SELEX-seq pour comprendre comment les protéines Hox - qui jouent un rôle crucial dans la formation du plan corporel et sont conservées entre les mouches des fruits et les humains - peuvent avoir des phénotypes mutants radicalement différents même si, en tant que protéines individuelles, elles se lient à l'ADN avec des préférences de séquence très similaires. Nous avons démontré que la présence du cofacteur Extradenticule (Exd) provoque la révélation des différences entre les protéines Hox. Ce mécanisme de « spécificité latente » va au-delà de la liaison coopérative standard et pourrait être assez général. Les différences entre les protéines Hox semblent avoir leur origine dans la façon dont elles lisent la « forme » du sillon mineur de l'ADN. Nous explorons cette question en collaboration avec le groupe de Remo Rohs de l'Université de Californie du Sud. En étroite collaboration avec le laboratoire Mann, nous étudions actuellement cela en détail en utilisant SELEX-seq analyse des protéines mutées, nous étendons également notre approche aux complexes homéodomaines ternaires, qui peuvent se lier dans une variété de configurations. La modélisation du comportement de liaison à l'ADN riche et dynamique des complexes multi-facteurs de transcription restera un thème important dans nos recherches au cours des prochaines années.

    L'analyse des biais de la DNaseI révèle un nouveau mécanisme de lecture de la méthylation de l'ADN. Dans une étude récente dont le but initial était de caractériser soigneusement les préférences de séquence intrinsèques de l'enzyme d'empreinte largement utilisée DNaseI, nous avons découvert un mécanisme général nouveau et inattendu par lequel la méthylation de l'ADN peut améliorer la liaison par les facteurs de transcription (Lazarovici et al., PNAS, 2013). Plus précisément, il démontre comment la méthylation de la cytosine peut modifier les préférences de séquence des protéines de liaison à l'ADN d'un ordre de grandeur. En analysant des produits de digestion profondément séquencés d'ADN génomique humain purifié, nous avons fait deux découvertes frappantes : (i) le taux de clivage de la DNaseI varie sur une plage de mille fois avec la séquence environnante, et (ii) le clivage près des dinucléotides CpG est 10 à 20 fois plus élevé lorsque la cytosine est méthylée. En combinant des simulations informatiques de la forme de l'ADN réalisées par le groupe de Remo Rohs avec l'analyse statistique de données de séquençage massivement parallèles collectées dans le laboratoire de notre collaborateur le Dr John Stamatoyannopoulos à l'Université de Washington, nous avons pu trouver une explication unifiée de ces phénomènes. . Il s'avère que la méthylation de la cytosine rétrécit le sillon mineur de l'ADN, ce qui à son tour renforce les interactions avec les chaînes latérales d'acides aminés chargées positivement. De tels contacts dans le petit sillon se produisent pour un large éventail de facteurs de transcription, ainsi que pour les nucléosomes. Le nouveau mécanisme structurel mis en avant dans cette étude a donc le potentiel d'approfondir considérablement notre compréhension de la façon dont l'information épigénétique est "lue" par la cellule.

    Construire des modèles séquence-affinité d'une précision sans précédent à partir de données d'interaction protéine-ADN in vitro à haut débit . L'un des principaux objectifs à long terme de notre laboratoire reste la construction d'un code de reconnaissance de protéines-ADN « universel » basé sur les données. Ces dernières années, il y a eu un essor dans le développement et l'application des technologies à haut débit in vitro des procédés pour profiler la spécificité de séquence d'ADN de facteurs de transcription. Ces facteurs appartiennent à de grandes familles de protéines étroitement apparentées qui diffèrent les unes des autres de manière subtile mais importante. Ce n'est qu'en quantifiant d'abord avec précision leur spécificité de liaison à l'ADN que nous pouvons espérer comprendre et prédire leurs fonctions spécifiques dans la cellule grâce à l'intégration avec in vivo mesures de la liaison du TF à l'échelle du génome (ChIP-seq) et de l'expression des gènes (ARN-seq). La technologie populaire de microarrays de liaison aux protéines (PBM) teste l'interaction d'une protéine donnée avec des dizaines de milliers de sondes d'ADN en parallèle. Déduire in vitro La liaison des modèles à partir des données PBM, qui sont complexes et contiennent divers biais, n'est pas du tout simple. En effet, au moins 26 algorithmes différents ont été développés pour en déduire des « motifs ». Parmi ceux-ci, le CaractéristiqueRÉDUIRE outil que notre laboratoire a développé (Riley et al., eLife, 2015) a émergé comme le plus performant dans une étude comparative de référence impartiale à laquelle nous avons participé (Weirauch et al., Nature Biotech., 2013). Il s'appuie sur les principes de modélisation biophysique de MatrixREDUCE (Foie et al., PNAS, 2005 Bioinformatique 2006), mais est plus sophistiqué et utilise des techniques d'inférence robustes qui nous permettent de capturer avec précision les dépendances entre les nucléotides malgré les limitations et les biais des données.

    Découverte du PQM-1 comme régulateur clé du vieillissement et de la longévité. Le vieillissement est fondamental pour le cycle de vie humain et intimement lié à la maladie. Comprendre les déterminants génétiques et moléculaires de la longévité animale ouvrira de nouvelles voies pour ralentir les effets négatifs du vieillissement. Utiliser le nématode C. elegans en tant qu'organisme modèle, et en appliquant une combinaison de méthodes informatiques et expérimentales, nous avons découvert (Tepper et al., Cellule, 2013) que le facteur de transcription PQM-1, peu étudié, est un régulateur clé du développement et de la longévité, et le facteur recherché depuis longtemps qui se lie à l'élément associé au DAF-16 (DAE). Il s'avère que PQM-1 complète à bien des égards le facteur de transcription vieillissant bien connu DAF-16/FOXO. Les deux agissent comme des activateurs de la transcription, mais ils contrôlent des ensembles distincts de gènes cibles (réponse au stress vs croissance). Que DAF-16 ou PQM-1 soit nucléaire ou cytoplasmique dépend de l'état de la voie de signalisation insuline/IGF-1, mais de manière opposée. Cela fait qu'un seul des facteurs est actif en tant que régulateur à un moment donné, en fonction des conditions (par exemple, faible teneur en nutriments) et du contexte génétique (par exemple, perte de daf-2 ou daf-18/PTEN). En même temps, comme nous l'avons montré, les deux facteurs interagissent de façon essentielle : la perte de pqm-1 affecte la localisation subcellulaire de DAF-16, et vice versa. Les mécanismes moléculaires sous-jacents à ces processus importants restent cependant obscurs. Ce travail est effectué en étroite collaboration avec le Dr Coleen Murphy de l'Université de Princeton.

    Cartographie des mécanismes de tumorigenèse par mutagenèse insertionnelle. Ayant réussi à mettre au point une méthodologie innovante pour cartographier les loci agissant en trans qui modulent l'activité du facteur de transcription chez la levure (Lee et al., Mol. Syst. Biol., 2010), nous l'avons récemment adapté à l'analyse des données de tumorigenèse chez la souris. Chaque tumeur individuelle abrite une combinaison unique de lésions génétiques, qui, ensemble, sont responsables du comportement aberrant de ses cellules. Des virus cancérigènes ont été utilisés chez la souris pour échantillonner systématiquement cette diversité génétique. Les changements correspondants dans l'expression globale des gènes peuvent être surveillés à l'aide d'une technologie à haut débit. Nous avons développé une méthode - l'analyse de signature d'expression de locus ("LESA") - qui intègre des informations au niveau génétique et moléculaire pour construire une signature à l'échelle du génome qui capture l'effet d'une lésion génétique individuelle sur le réseau de régulation génique de la cellule. Nous avons démontré comment ces signatures peuvent être exploitées pour mieux comprendre les voies régulatrices perturbées par chaque lésion et proposer des médicaments qui peuvent contrecarrer son effet (Lee et al., PNAS, 2014).

    Dépendance au contexte de la chromatine des interactions régulatrices. En collaboration avec le Dr Bas van Steensel de l'Institut néerlandais du cancer, nous avons étudié l'influence du contexte de la chromatine sur la liaison du facteur de transcription dans Drosophile. Nous avons découvert que la plupart des gènes des mouches sont organisés en domaines de chromatine multigéniques liés par des combinaisons spécifiques de protéines. Ces domaines sont fonctionnellement cohérents et la sélection évolutive agit contre les réarrangements chromosomiques qui les brisent. Ces découvertes ont de larges implications mécanistiques pour la régulation des gènes et l'évolution du génome (De Wit et al., PLoS Genet., 2009). Dans une étude connexe, nous avons analysé la dépendance de la fonction du facteur de transcription sur le contexte local de la chromatine, sur la base d'une classification du génome de la drosophile en cinq « couleurs » principales (Filion et al., Cellule, 2010).

    Deux réalisations clés récentes sont à l'origine d'une grande partie de notre programme de recherche actuel. Premièrement, nous avons découvert un nouveau mécanisme structurel par lequel la méthylation de la cytosine améliore l'interaction protéine-ADN en rétrécissant le sillon mineur de l'ADN (Lazarovici, 2013). Nous avons également découvert que le facteur de transcription inconnu PQM-1 est un antagoniste crucial de la voie régulatrice DAF-16/FOXO largement étudiée qui sous-tend la variation génétique de la durée de vie des organismes (Tepper, 2013).

    • A. Lazarovici, R. Sandstrom, P.J. Sabo, A. Shafer, A.C. Dantas Machado, Remo Rohs , J. Stamatoyannopoulos † , et H.J. Bussemaker . (2013) Sondage de la forme de l'ADN et de l'état de méthylation à l'échelle du génome avec la DNase I. Proc. Nat. Acad. Sci. ETATS-UNIS. 110(16):6376-81. PMCID : PMC3631675
    • A.C. Dantas Machado, T. Zhou, S. Rao, P. Goel, C. Rastogi, A. Lazarovici, H.J. Bussemaker † , R. Rohs † (2014) Évolution des connaissances sur la façon dont la méthylation de la cytosine affecte la liaison protéine-ADN. Bref. Fonction. Génomique pii:elu040. PMCID : en cours
    • R.G. Tepper*, J. Ashraf*, R. Kaletsky, G. Kleemann, C. T. Murphy , H.J. Bussemaker . (2013) PQM-1 complète DAF-16 en tant que régulateur transcriptionnel clé du développement et de la longévité médiés par DAF-2. Cellule, 154(3):676-90. PMCID : PMC3763726

    Notre stratégie influente pour découvrir les motifs cis-régulateurs (Bussemaker, 2001) a récemment abouti à notre conception du CaractéristiqueRÉDUIRE algorithme pour la construction de modèles précis de spécificité d'interaction protéine-ADN à partir de données de microréseaux de liaison aux protéines (PBM) (Riley et al., 2015), qui est apparu comme l'algorithme le plus performant dans une récente étude de référence (Weirauch, 2013). Nous avons également co-développé la méthode SELEX-seq, et l'avons appliquée pour comprendre la liaison coopérative à l'ADN par des complexes de protéines Hox et leurs cofacteurs, en étroite collaboration avec les groupes de Richard Mann (Columbia) et Remo Rohs (USC).

    • H.J. Bussemaker, H. Li et E.D. Siggia (2001). Détection d'éléments régulateurs utilisant la corrélation avec l'expression. Genêt nature. 27, 167-171. PMCID : non attribué
    • M.T. Weirauch, A. Côté, R. Norel, M. Annala, Y. Zhao, T.R. Riley, J. Saez Rodriguez, T. Cokelaer, A. Vedenko, S. Talukder, consortium DREAM5, H.J. Bussemaker, Q.D. Morris, M.L. Bulyk, G. Stolovitzky, T.R. Hugues. (2013) Évaluation des méthodes de modélisation de la spécificité de la séquence des facteurs de transcription. Nat. Biotechnologie.31(2):126-34. PMCID : PMC3687085
    • T.R. Riley, A. Lazarovici, R.S. Mann, et H.J. Bussemaker. (2015) Construction de modèles précis de séquence à affinité à partir de données de liaison in vitro à haut débit à l'aide de FeatureREDUCE. eLife pii : e06397 .
    • M. Slattery, T.R. Riley, P. Liu, N. Abe, P. Gomez-Alcala, R. Rohs*, B. Honig*, H.J. Bussemaker*, R.S. Mann*. (2011) La liaison au cofacteur évoque des différences latentes dans la spécificité de liaison à l'ADN entre les protéines Hox. Cellule 147(6):1270-82. PMCID : PMC3319069

    Our work integrating data at different levels (sequence, transcription factor binding, mRNA expression, genetic variation) has led to pioneering strategies for estimating the protein-level activity of transcription factors, distinguishing functional from non-functional transcription factor binding (Gao, 2004), analyzing dynamic post-transcriptional regulation of mRNA stability (Foat, 2005), and using prior information about regulatory networks to discover and characterize trans-acting genetic loci (Lee, 2010 Lee, 2014).

    • F. Gao, B.C. Foat, and H.J. Bussemaker (2004). Defining transcriptional networks through integrative modeling of mRNA expression and transcription factor binding data. BMC Bioinformatique 5, 31. PMCID: PMC407845
    • AVANT JC. Foat, S.S. Houshmandi, W.M. Olivas, H.J. Bussemaker (2005). Profiling condition-specific, genome-wide regulation of mRNA stability in yeast. Proc. Natl. Acad. Sci.U S A. 102(49):17675-17680. PMCID PMC1295595
    • E. Lee and H.J. Bussemaker. (2010) Identifying the genetic determinants of transcription factor activity. Mol. Syst. Biol. 6:412. PMCID: PMC2964119
    • E. Lee, J. de Ridder, J. Kool, L. Wessels, and H.J. Bussemaker (2014) Identifying regulatory mechanisms underlying tumorigenesis in mice. Proc. Nat. Acad. Sci. ETATS-UNIS.111(15):5747-52. PMCID: PMC3992641

    Finally, we have contributed to a better understanding of chromatin organization and the influence of local chromatin context on transcription factor function, as part of a long-standing and ongoing collaboration with the group of Bas van Steensel at the Netherlands Cancer Institute.


    Voir la vidéo: La transcription: de lADN à lARNm (Décembre 2021).