Spreading of Xist RNA and Polycomb complexes along the inactive X-chromosome.
Xist RNA 和 Polycomb 复合物沿着非活性 X 染色体扩散。
基本信息
- 批准号:10178063
- 负责人:
- 金额:$ 69.03万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-09-01 至 2024-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalATRX geneAchievementAddressArchitectureAwardBase SequenceBindingBinding SitesBiochemicalBiochemistryBiologyCatalytic DomainCellular biologyChromatinChromosomesComplexDevelopmentDosage Compensation (Genetics)EZH2 geneEpigenetic ProcessFundingGene ExpressionGenesGeneticGenomicsGoalsHistonesIn VitroLinkLiteratureMaintenanceMammalsMapsMethodsModelingMolecular ChaperonesMutagenesisNatureNucleic AcidsPolycombProcessProteinsPublishingRNARNA-Protein InteractionReactionRecurrenceRegulationResearchResolutionRoleShort Interspersed Nucleotide ElementsSiteSpecificityStressStructureSystems BiologyTranscriptUnited States National Institutes of HealthUntranslated RNAWorkX ChromosomeX InactivationYY1 Transcription Factorbasebiological adaptation to stresscohesindeletion analysisepigenetic regulationepigenomicsfollow-upfrontiergenome-widehistone methyltransferaseimplantationin vivomammalian genomemolecular imagingnatural Blastocyst Implantationnucleaseprogramsprototyperesponsesingle molecule
项目摘要
PROJECT SUMMARY
Our research program is unified by an effort to understand the mechanisms underlying X-chromosome
inactivation (XCI) and how functional interactions between Polycomb repressive complex 2 (PRC2) and long
noncoding RNA (lncRNA) spread the silencing process through the X-chromosome. XCI is the dosage
compensation process in mammals that leads to silencing of one X-chromosome in the peri-implantation
embryo. The X-inactivation center (Xic) — the X-linked region that controls the initiation, spread, and
maintenance of silencing — harbors a large number of genes encoding functional lncRNAs, including the
prototype, Xist, a 17-kb RNA that “coats” the inactive X (Xi) to initiate silencing. Towards understanding
mechanisms, in 2008 we identified Polycomb repressive complex 2 (PRC2) as an interacting protein partner
for Xist RNA. PRC2 is the epigenetic complex responsible for trimethylating H3 lysine27 (H3K27me3). Under
this NIH award, we have identified of a “nucleation center” required for loading of Xist-Polycomb complexes
onto the Xi prior to spreading, defined YY1 as the tether, and demonstrated that Xist RNA is but one of
thousands of RNA partners for EZH2, the catalytic subunit of PRC2. We have hypothesized that regulatory
interactions between PRC2 and RNA would become a recurrent theme in epigenetic regulation. Two major
unsolved problems in the field are how the interaction specificity between PRC2 and RNA is achieved and how
they regulate gene expression in a locus-specific manner. In the past funding cycle, we have made significant
progress towards addressing these problems. We have: (i) mapped Xi-binding sites for Xist RNA and PRC2,
(ii) performed single-molecule imaging of the Xist-PRC2 relationship on the Xi, (iii) defined the interaction
specificity and regulatory interactions between Xist's Repeat A motif and various subunits of PRC2, (iv)
identified an in vivo chaperone that helps determine the interaction specificity between Xist and PRC2, and (v)
revealed a role for SMCHD1 (a chromosome architectural protein) in the regional spreading of Xist-PRC2
complexes. We have furthermore discovered a surprising non-canonical activity of EZH2 — an activity
independent of its histone methyltransferase activity and that triggers a site-specific cleavage of a SINE repeat
RNA (B2) during the stress response. In the next five years, we will address key follow-up questions. First, we
aim to define specific motifs for the Polycomb-RNA interaction and understand how ATRX influences the
interaction. Second, we will investigate underlying mechanisms for the Xist-PRC2 "spreading" function on the
Xi through mutagenesis of Xist and perturbation of factors required for higher order Xi structures. Finally, we
will examine how EZH2 triggers site-specific cleavage of RNA and determine whether this activity impacts XCI.
项目概要
我们的研究计划是通过努力了解 X 染色体的机制来统一的
失活 (XCI) 以及 Polycomb 抑制复合物 2 (PRC2) 和长链之间的功能相互作用
非编码 RNA (lncRNA) 通过 X 染色体传播沉默过程。
哺乳动物的补偿过程导致植入周围的一条 X 染色体沉默
X 失活中心 (Xic) — 控制起始、传播和发育的 X 连锁区域。
沉默的维持——拥有大量编码功能性lncRNA的基因,包括
原型 Xist 是一种 17 kb RNA,它“包裹”不活跃的 X (Xi) 以启动沉默。
机制,2008 年,我们确定了 Polycomb 抑制复合物 2 (PRC2) 作为相互作用的蛋白伙伴
对于 Xist RNA,PRC2 是负责 H3 赖氨酸 27 (H3K27me3) 三甲基化的表观遗传复合物。
在这个 NIH 奖项中,我们确定了加载 Xist-Polycomb 复合物所需的“成核中心”
在传播之前将其连接到 Xi 上,将 YY1 定义为系链,并证明 Xist RNA 只是其中之一
EZH2(PRC2 的催化亚基)有数千个 RNA 伙伴,我们已经重新获得了这种监管。
PRC2 和 RNA 之间的相互作用将成为表观遗传调控的两个主要主题。
该领域尚未解决的问题是如何实现 PRC2 和 RNA 之间的相互作用特异性以及如何实现
它们以位点特异性的方式调节基因表达。在过去的资助周期中,我们取得了重大进展。
我们在解决这些问题方面取得了进展:(i) 绘制了 Xist RNA 和 PRC2 的 Xi 结合位点,
(ii) 对 Xi 上的 Xist-PRC2 关系进行单分子成像,(iii) 定义相互作用
Xist 的重复 A 基序和 PRC2 的各个亚基之间的特异性和调控相互作用,(iv)
确定了一个体内伴侣,有助于确定 Xist 和 PRC2 之间的相互作用特异性,以及 (v)
揭示了 SMCHD1(一种染色体结构蛋白)在 Xist-PRC2 区域传播中的作用
我们还发现了 EZH2 的一种令人惊讶的非典型活性——一种活性。
独立于其组蛋白甲基转移酶活性,并触发 SINE 重复序列的位点特异性切割
RNA (B2) 在压力反应期间,我们将解决关键的后续问题。
旨在定义 Polycomb-RNA 相互作用的特定基序并了解 ATRX 如何影响
其次,我们将研究 Xist-PRC2 在 Xist-PRC2 上“传播”功能的基本机制。
Xi 通过 Xist 的诱变和高阶 Xi 结构所需的因素的扰动最后,我们。
将检查 EZH2 如何触发 RNA 的位点特异性切割,并确定该活动是否影响 XCI。
项目成果
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