RNA Interference and Heterochromatic Silencing in Replication and Quiescence

复制和静止过程中的 RNA 干扰和异染色质沉默

基本信息

  • 批准号:
    10330828
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 43.51万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-08-05 至 2027-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Gene regulation by RNA interference is usually attributed to microRNA, but RNAi has a more ancient and fundamental role in heterochromatic silencing and genome stability. Heterochromatin comprises condensed repetitive regions of eukaryotic chromosomes, and mediates transcriptional silencing, chromosome segregation and genome integrity. We have found that heterochromatin is unexpectedly transcribed, and that subsequent RNAi guides histone modification. In the fission yeast S. pombe, “co- transcriptional” silencing occurs during the S phase of the cell cycle, followed by transcriptional silencing thereafter. Release of RNA polymerase II (Pol II) during replication prevents DNA damage, but without RNAi, replication forks stall and are repaired by homologous recombination (HR), causing genome instability. We have found that RNAi regulates genome stability through R-loops, RNA-DNA hybrid structures at transcription-replication collisions that promote HR. Silencing depends on histone modification, but recent studies show this may be an oversimplification. First, histone methylation recruits Heterochromatin Protein 1, which mediates liquid-liquid phase separation (LLPS) and may limit access to Pol II. Second, RNAi also recruits ubiquitin ligase, and we recently found that ubiquitin promotes these phase transitions. RNAi guides histone modification in C. elegans and Drosophila, but conservation in mammalian systems has been controversial. For example, piRNAs mediate histone modification in the germline but do not depend on Dicer, while genome instability in Dicer mutant mouse embryonic stem cells (mESC) depends on transcription of satellite repeats. Strikingly, we have found genome instability in Dicer-/- mESC depends on the transcriptional co- activator BRD4, and identical in-frame bromodomain deletions rescue Dicer mutants in fission yeast. S. pombe is an outstanding model system for cell cycle research, and we were the first to show that RNAi is essential for quiescence (G0). Genetic screens have revealed that nucleolar RNA silencing and histone modifications mediate this novel function. Our goals in the next five years are to determine the elusive mechanism by which RNAi guides each aspect of heterochromatin from repeat instability, to silencing, chromosome segregation and DNA repair as well as survival in quiescence. Our recent work suggests a central role for long non-coding RNA, R-loops and the activity of RNAse H in the upstream steps in this pathway. Downstream events include histone modification and LLPS that may underlie the classically “condensed” properties of heterochromatin. We will use our stem cell model to assess the conservation and relevance of these mechanisms in health and disease, especially in cancer.
通过RNA干扰调节基因通常归因于microRNA,但RNAi具有更古老的 以及在异质沉默和基因组稳定性中的基本作用。异染色质包括 真核染色体的凝结重复区域,并介导转录沉默, 染色体分离和基因组完整性。我们发现异染色质是出乎意料的 转录,随后的RNAi指导组蛋白的修饰。在裂变酵母菌S. pombe中,“共同 转录“沉默发生在细胞周期的S相,然后是转录沉默 此后。在复制过程中释放RNA聚合酶II(POL II)可防止DNA损伤,但没有 RNAi,复制叉摊位,并通过同源重组(HR)修复,导致基因组 不稳定。我们发现RNAi通过R-Loops,RNA-DNA杂交来调节基因组稳定性 转录复制碰撞的结构,促进人力资源。 沉默取决于Hisstone的修改,但最近的研究表明,这可能是过分简化的。 首先,组蛋白甲基化报告了杂色蛋白1,该蛋白1介导液态液相 分离(LLP),可能会限制对Pol II的访问。其次,RNAi还招募了泛素连接酶,我们 最近发现,泛素会促进这些相变。 RNAi指导C中的组蛋白修饰。 秀丽隐杆线和果蝇,但哺乳动物系统中的保护一直存在争议。例如, PIRNA介导种系中的组蛋白修饰,但不依赖于DICER,而基因组 DICER突变小鼠胚胎干细胞(MESC)的不稳定性取决于卫星的转录 重复。引人注目的是,我们发现dicer中的基因组不稳定性 - / - MESC取决于转录共r- 激活剂BRD4和相同的框架内溴结构域删除裂变酵母中的DICER突变体。 S. Pombe是细胞周期研究的杰出模型系统,我们是第一个表明 RNAi对于静止至关重要(G0)。遗传筛查表明核仁RNA沉默和 Hisstone修改介导了这一新功能。我们未来五年的目标是确定 RNAi引导异染色质的各个方面从重复不稳定到 沉默,染色体分离和DNA修复以及静止的生存。我们最近的工作 提出了长的非编码RNA,R-loops和上游RNase H的活性的核心作用 该路径中的步骤。下游活动包括Hisstone修改和LLP,可能是 杂染色质的经典“凝结”特性。我们将使用干细胞模型评估 这些机制在健康和疾病中的保护和相关性,尤其是在癌症中。

项目成果

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