Control of gene expression by the 7SK RNP
Contrôle de l'expression génique par la RNP 7SK
Résumé
The positive transcription elongation factor b (P-TEFb) stimulates transcription elongation through phosphorylation of negative elongation factors and the carboxyl-terminal domain (CTD) of RNA polymerase II (RNA Pol II). The cellular activity of P-TEFb is controlled by the 7SK small nuclear RNP (snRNP) composed of the 7SK snRNA, LARP7 and MePCE. Together with HEXIM, the 7SK snRNP dynamically sequesters a fraction of nuclear P-TEFb into catalytically inactive 7SK/HEXIM/P-TEFb snRNP. Outside of the 7SK snRNP, active P-TEFb is targeted to gene promoter regions to stimulate transcription elongation through its association with transcription factors and cofactors. Active P-TEFb is also rapidly released from 7SK/HEXIM/P-TEFb snRNP in response to various stress and physiological conditions which globally affect cell growth - including UV-induced DNA damage. Besides serving as a P-TEFb reservoir, the inactive 7SK/HEXIM/P-TEFb snRNP is selectively targeted to and loaded onto various gene promoters to allow 'on site' P-TEFb extraction and to support specific gene activation. Using human 7SK knock-out (KO) cell lines, we have assessed the functional consequences of 7SK snRNA loss on RNAPII transcription before and after UV-induced DNA damage. Mammalian Native Elongating Transcript-sequencing (mNET-seq) showed that under normal growth conditions the lack of 7SK snRNA has only subtle impacts on RNA Pol II transcription. However, upon UV irradiation, some key early-responsive genes which are readily induced in control cells show impaired transcriptional activation in 7SK KO cells. Since the levels of active P-TEFb in control and 7SK KO cells are highly comparable, we concluded that proper activation of these 7SK-dependent genes relies on the 7SK-associated inactive fraction of P-TEFb. Further experiments suggested that upon UV irradiation, P-TEFb is specifically extracted from the 7SK/P-TEFb snRNP and recruited to selected target genes as part of the Super Elongation Complex (SEC) in order to stimulate RNA Pol II entry into productive elongation and recruitment of RNA Pol II elongation factors. In conclusion, we have demonstrated that the 7SK snRNA is not required for cell viability under normal growth conditions but it is critical to orchestrate accurate transcriptional response upon UV-induced DNA damage.
Le facteur positif de l'élongation P-TEFb stimule l'élongation de la transcription par l'ARN Polymérase II (ARN Pol II) en phosphorylant les facteurs négatifs de l'élongation et le domaine carboxy-terminal (CTD) de l'ARN Pol II. L'activité nucléaire de P-TEFb est contrôlée par la particule ribonucléoprotéique (RNP) 7SK, composée du petit ARN nucléaire 7SK et des protéines Larp7 et MePCE. Avec l'aide d'un dimère de protéines HEXIM1/2, la RNP 7SK séquestre de manière dynamique et réversible une fraction de P-TEFb dans la RNP 7SK/P-TEFb catalytiquement inactive. En dehors de la RNP 7SK, P-TEFb s'associe avec différents facteurs de transcription et cofacteurs avec lesquels il forme des complexes actifs recrutés sur les gènes pour activer leur expression. De nombreux stimuli et stress cellulaires affectant la croissance cellulaire, dont les dommages à l'ADN causés par les UV, induisent la dissociation rapide de la RNP 7SK/P-TEFb, libérant ainsi une fraction conséquente de P-TEFb actif. En plus de son rôle de réservoir nucléaire de P-TEFb, la RNP 7SK/P-TEFb occupe également les régions promotrices de certains gènes pour permettre une libération ciblée de la forme active de P-TEFb et ainsi stimuler la transcription de gènes spécifiques. En utilisant des lignées cellulaires dans lesquelles l'expression de l'ARN 7SK est abolie (cellules KO-7SK), nous avons évalué les conséquences fonctionnelles de la perte de l'ARN 7SK sur la transcription par l'ARN Pol II avant et après induction de dommages à l'ADN par les UV. L'analyse de la transcription naissante par Mammalian Native Elongating Transcript-sequencing (mNET-seq) a révélé que la perte de l'ARN 7SK a peu d'impact sur la transcription par l'ARN Pol II en conditions normales. Cependant, en réponse aux UV, l'activation transcriptionnelle de gènes clé de la réponse aux dommages à l'ADN est compromise dans les cellules KO-7SK alors qu'ils sont rapidement induits dans les cellules contrôles. Etant donné que les niveaux d'activité de P-TEFb dans les lignées contrôle et KO-7SK sont comparables, ces données indiquent que l'activation correcte de ces gènes après irradiation repose sur la fraction de P-TEFb séquestrée au sein de la RNP 7SK. Des expériences supplémentaires suggèrent qu'après irradiation aux UV, P-TEFb est spécifiquement extrait de la RNP 7SK et transféré dans le Super Elongation Complex (SEC), au sein duquel il est recruté sur ces gènes cibles pour stimuler l'entrée de l'ARN Pol II en élongation productive et le recrutement de facteurs d'élongation. En conclusion, nous avons démontré que l'ARN 7SK n'est pas requis pour la viabilité cellulaire en conditions de croissance normales, mais s'avère essentiel pour orchestrer la réponse transcriptionnelle aux dommages à l'ADN générés par les UV.
Origine : Version validée par le jury (STAR)