「综述」染色质与RNA在功能基因组中的作用

题目： Chromatin- associated RNAs as facilitators of functional genomic
interactions
DOI: http://sci-hub.tw/10.1038/s41576-019-0135-1
杂志/发表日期： Nature Review Genetics , Jun 3，2019
关键词： interactions between chromatin and RNA
分类：「综述」

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摘要

哺乳动物基因组被广泛转录，产生大量的编码和非编码转录本。不同的RNA在物理上与染色质相关，一是通过顺式作用在其转录位点保留，二是通过反式作用招募到其他基因组区域。随着检测染色质相关RNA的技术的推动，发现了这些RNA和相关的RNA结合蛋白（RBP）在基因调控和基因组功能中发挥着不同的作用。如：基因激活和沉默中的位点特异性作用，以及在高级基因组结构组织中的新兴作用，如参与长程增强子-启动子相互作用、转录中枢、异染色质、核体和相变。

概括

这篇综述主要介绍了3个方面：
（1）染色质与RNA的相互作用机制
（2）染色质与RNA相互作用的检测策略
（3）染色质与RNA相互作用发挥的功能

染色质与RNA的作用机制

• 顺式作用（Cis- acting RNAs）

  保留新生RNA到染色质的最著名的顺式机制之一是通过R环（R-loop） 形成（fig. a），在转录过程中将新生RNA退火回模板DNA，形成一个双链RNA:DNA杂交，与移位的单链DNA相反。
  另一种在转录位点保留新生RNA的机制是通过额外扩增的RNA靶向新生RNA(fig. b)。
  留在染色质上的新生RNA中最大的一类是蛋白编码的前mRNAs （fig. c）。

• 反式作用（Trans- acting RNAs）
  反作用RNA与染色质相互作用至少有两种模式。一种是通过形成三重核酸结构，这涉及到核糖核酸与双链DNA主沟的Hoogsteen碱基配对相互作用 (fig. d)。

  最常见的反式相互作用模式是通过蛋白质介导的与RNA的相互作用，其中RNA作为一个支架结合一个RBP，并且该RNP的至少一个成分与一个DNA结合因子直接接触 (fig. e)。

• 顺式和反式共同作用
  如lncRNA Xist, Xist与不活跃X染色体（XI）的相互作用是通过XIST位点的几个ncRNs的表达启动的顺式作用，随后H3K27me3抑制性染色质标记在整个XI上扩散。这种扩散阶段可能涉及Xist反式作用，因为核基质蛋白SAF-A的耗尽会阻止Xist在XI上积聚。

染色质与RNA相互作用的检测策略

• One- to-many strategies
  一对多策略通常使用特定的合成RNA或DNA来捕获与单个RNA物种相关的染色质，然后进行深度测序以识别分离染色质中的组成DNA位点( fig. a)
• All- to-all strategies
  最近有三个实验室开发了相关的all- to-all策略来检测RNA与染色质在全球范围内的相互作用，所有这些都是基于一种双价连接剂的使用，该连接剂能够连接到一端的RNA，并在另一端限制已消化的DNA;该方法适用于固定核和孤立核。
  

染色质与RNA相互作用发挥的功能

• 基因调控
• 基因组高级结构的调控
• 参与长程增强子-启动子相互作用
• 转录中枢
• 异染色质
• 核体
• 相变
  染色质与RNA相互作用发挥的功能除了在基因表达调控和基因组高级结构的调控外，还讲述了染色质相关的RNA似乎在活性基因启动子及其末端增强子的特定簇上形成了“RNA云”，这些活性基因启动子和它们的远端增强子环接在一起。此外，特定的RNA介导的基因组相互作用与各种液-液相分离过程有关，这表明整个细胞核可能被视为一系列有组织但高度动态的无膜凝聚物的膜室，这些凝聚物形成了功能基因组。