$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Enhancers zijn cis-regulerende DNA-elementen die de transcriptie van doelgenen regelen door chromatinelussen te organiseren en de transcriptiemachinerie te rekruteren 1,2,3. Hun weefselspecifieke activiteit maakt nauwkeurige regulatie tijdens de ontwikkeling en afstammingsbinding mogelijk 4,5,6,7,8. Actieve versterkers vertonen karakteristieke chromatinekenmerken zoals H3K4me1 (histon H3 Lysine 4 monomethylering) en H3K27ac (histon H3 Lysine 27 acetylering) en worden meestal aangetroffen in DNase I overgevoelige gebieden die open chromatine 9,10,11,12 markeren. Deze eigenschappen zorgen ervoor dat transcriptiefactoren en RNA-polymerase II toegang krijgen tot het DNA, waardoor ontluikende transcriptie wordt geïnitieerd op enhancer loci 13,14,15,16.
Dit sequentiële biologische proces produceert van versterkers afgeleide transcripten, eRNA's genaamd, die bidirectioneel, niet-coderend en meestal niet-gepolyadenyleerd RNA's zijn 13,14,15,16. eRNA's dienen als markers van enhancer-activiteit en functioneren op zichzelf als effectoren 16,17,18,19,20,21,22,23,24. Ze bevorderen productieve rek door negatieve verlengingsfactor (NELF) vrij te geven uit gepauzeerd RNA-polymerase II16,19 en helpen bij het stabiliseren van enhancer-promotorlussen 17,18,20. Ze ondersteunen ook de vorming van transcriptionele condensaten, mogelijk via m6A (N 6-methyladenosine) modificatie 21,22,23.
Toch blijft de functie van intragene enhancer-transcriptie, geïnitieerd door regulerende elementen in genlichamen, controversieel. Sommige studies melden dat eRNA's van intragene versterkers de genexpressie van de gastheer vergroten25, mogelijk door NELF-afgifte en stimulusafhankelijke productieve verlenging te bevorderen26,27. Ander werk suggereert daarentegen dat deze transcriptie gastheergenen kan belemmeren via RNA-polymerase II-botsingen of transcriptionele interferentie, wat leidt tot verzwakking of voortijdige beëindiging28,29. Deze tegenstrijdige waarnemingen, samen met de dubbele rol van eRNA's als markers en regulatoren, benadrukken de noodzaak van zorgvuldige kwantificering en functionele dissectie. Toch is het meten van intragene eRNA's moeilijk omdat ze vaak overlappen met sense-streng hosttranscripten 13,25,26,30. De uitdaging wordt versterkt wanneer enhancers zich bevinden in regio's met geneste genen of overlappende transcriptie op beide strengen, waardoor enhancer-specifieke signalen worden verdoezeld.
Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, hebben we een bio-informaticapijplijn ontwikkeld om enhancer-geassocieerde transcripten te detecteren, kwantificeren en visualiseren, met een bijzondere focus op intragene regio's. De pijplijn integreert de Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing (ATAC-seq), Chromatin Immunoprecipitation Sequencing (ChIP-seq), Global Run-on Sequencing (GRO-seq) en genomische annotaties om resolutie op enhancerniveau te bereiken, zelfs in complexe genomische contexten.
De pijplijn bestaat uit vier belangrijke stappen: (i) voorverwerking, uitlijning, piekoproepen en signaalgeneratie31; (ii) identificatie van de versterker met behulp van chromatinekenmerken; (iii) toewijzing van strengoriëntatie, met name in genlichamen; en (iv) kwantificering en visualisatie van ontluikende enhancer-transcripten. Dit raamwerk is met name nuttig voor systemen met sequentiegegevens met hoge resolutie, zoals de embryonale stamcellen van muizen die in dit onderzoek zijn geanalyseerd, en het kan worden uitgebreid naar andere organismen wanneer geschikte datasets beschikbaar zijn. Door enhancer-specifieke kwantificering mogelijk te maken waar bestaande pijplijnen tekortschieten, biedt deze workflow een praktisch hulpmiddel voor het benchmarken en bestuderen van intragene eRNA-transcriptie in diverse genomische contexten.