酵母エクソリボヌクレアーゼXrn1と関連因子は、5'および3'遺伝子領域のRNAポリメラーゼIIの処理能を調節している

The yeast exoribonuclease Xrn1 and associated factors modulate RNA polymerase II processivity in 5' and 3' gene regions.

• Jonathan Fischer
• Yun S Song
• Nir Yosef
• Julia di Iulio
• L Stirling Churchman
• Mordechai Choder

抄録

mRNAのレベルは、mRNAの合成と崩壊のバランスによって決定されます。5'-to-3'エキソヌクレアーゼXrn1を含む、この2つのプロセスを仲介するタンパク質因子は、定常状態のmRNAレベルを緩衝する2つのプロセス間のクロストークに関与している。しかし、転写におけるこれらのタンパク質の役割については、未だ解明されておらず、論争の的となっている。本研究では、Xrn1が主に転写活性化因子として機能していること、また、Xrn1の破壊が転写開始部位の下流でのRNAポリメラーゼII（Pol II）の占有率の低下として現れることを、酵母細胞を用いたネイティブ伸長転写シークエンシング（NET-seq）により明らかにした。私たちは、Xrn1の塩基配列データと転写の数理モデルを組み合わせることで、Xrn1が標的遺伝子の転写開始と伸長を調節していることを明らかにしました。さらに、細胞内の切断部位やポリアデニル化部位付近ではPol IIの占有率が著しく上昇し、逆に活性が低下するというバックトラックされたPol IIの特徴を明らかにした。また、Xrn1がポリアデニル化部位の下流での転写終結に関与していることを間接的に証明した。我々は、2つの付加的な崩壊因子、Dhh1とLsm1が転写においてXrn1と同様に機能しているようであり、おそらく複合体として機能していると思われ、崩壊因子Ccr4とRpb4もまた別の方法で転写に影響を与えていることを指摘した。興味深いことに、これらの崩壊因子はSAGAとTFIIDが支配するプロモーターを区別することができた。これら2つのクラスの遺伝子は、mRNA合成の欠失に対して異なる反応を示し、mRNA崩壊経路によって異なる制御を受けていたことから、これら2つのクラスの遺伝子の違いの1つは、mRNA合成とmRNA崩壊のバランスをとるメカニズムにある可能性を提起した。

mRNA levels are determined by the balance between mRNA synthesis and decay. Protein factors that mediate both processes, including the 5'-to-3' exonuclease Xrn1, are responsible for a crosstalk between the two processes that buffers steady-state mRNA levels. However, the roles of these proteins in transcription remain elusive and controversial. Applying native elongating transcript sequencing (NET-seq) to yeast cells, we show that Xrn1 functions mainly as a transcriptional activator and that its disruption manifests as a reduction of RNA polymerase II (Pol II) occupancy downstream of transcription start sites. By combining our sequencing data and mathematical modeling of transcription, we found that Xrn1 modulates transcription initiation and elongation of its target genes. Furthermore, Pol II occupancy markedly increased near cleavage and polyadenylation sites in cells, whereas its activity decreased, a characteristic feature of backtracked Pol II. We also provide indirect evidence that Xrn1 is involved in transcription termination downstream of polyadenylation sites. We noted that two additional decay factors, Dhh1 and Lsm1, seem to function similarly to Xrn1 in transcription, perhaps as a complex, and that the decay factors Ccr4 and Rpb4 also perturb transcription in other ways. Interestingly, the decay factors could differentiate between SAGA- and TFIID-dominated promoters. These two classes of genes responded differently to deletion in mRNA synthesis and were differentially regulated by mRNA decay pathways, raising the possibility that one distinction between these two gene classes lies in the mechanisms that balance mRNA synthesis with mRNA decay.

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.