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1.
Cell ; 187(18): 5010-5028.e24, 2024 Sep 05.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-39094570

RESUMO

Faithful transfer of parental histones to newly replicated daughter DNA strands is critical for inheritance of epigenetic states. Although replication proteins that facilitate parental histone transfer have been identified, how intact histone H3-H4 tetramers travel from the front to the back of the replication fork remains unknown. Here, we use AlphaFold-Multimer structural predictions combined with biochemical and genetic approaches to identify the Mrc1/CLASPIN subunit of the replisome as a histone chaperone. Mrc1 contains a conserved histone-binding domain that forms a brace around the H3-H4 tetramer mimicking nucleosomal DNA and H2A-H2B histones, is required for heterochromatin inheritance, and promotes parental histone recycling during replication. We further identify binding sites for the FACT histone chaperone in Swi1/TIMELESS and DNA polymerase α that are required for heterochromatin inheritance. We propose that Mrc1, in concert with FACT acting as a mobile co-chaperone, coordinates the distribution of parental histones to newly replicated DNA.


Assuntos
Replicação do DNA , Epigênese Genética , Heterocromatina , Histonas , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae , Saccharomyces cerevisiae , Histonas/metabolismo , Heterocromatina/metabolismo , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/genética , Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Saccharomyces cerevisiae/genética , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Proteínas de Ciclo Celular/metabolismo , Proteínas de Ciclo Celular/genética , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade/metabolismo , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade/genética , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Fatores de Elongação da Transcrição/genética , Chaperonas de Histonas/metabolismo , Chaperonas Moleculares/metabolismo , DNA Polimerase I/metabolismo , DNA Polimerase I/genética
2.
Nat Rev Mol Cell Biol ; 22(1): 3-21, 2021 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33208928

RESUMO

The journey of RNA polymerase II (Pol II) as it transcribes a gene is anything but a smooth ride. Transcript elongation is discontinuous and can be perturbed by intrinsic regulatory barriers, such as promoter-proximal pausing, nucleosomes, RNA secondary structures and the underlying DNA sequence. More substantial blocking of Pol II translocation can be caused by other physiological circumstances and extrinsic obstacles, including other transcribing polymerases, the replication machinery and several types of DNA damage, such as bulky lesions and DNA double-strand breaks. Although numerous different obstacles cause Pol II stalling or arrest, the cell somehow distinguishes between them and invokes different mechanisms to resolve each roadblock. Resolution of Pol II blocking can be as straightforward as temporary backtracking and transcription elongation factor S-II (TFIIS)-dependent RNA cleavage, or as drastic as premature transcription termination or degradation of polyubiquitylated Pol II and its associated nascent RNA. In this Review, we discuss the current knowledge of how these different Pol II stalling contexts are distinguished by the cell, how they overlap with each other, how they are resolved and how, when unresolved, they can cause genome instability.


Assuntos
Nucleossomos , RNA Polimerase II/genética , RNA Polimerase II/metabolismo , Elongação da Transcrição Genética , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Animais , Humanos , Fatores de Elongação da Transcrição/genética
3.
Cell ; 175(3): 766-779.e17, 2018 10 18.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-30340042

RESUMO

The super elongation complex (SEC) is required for robust and productive transcription through release of RNA polymerase II (Pol II) with its P-TEFb module and promoting transcriptional processivity with its ELL2 subunit. Malfunction of SEC contributes to multiple human diseases including cancer. Here, we identify peptidomimetic lead compounds, KL-1 and its structural homolog KL-2, which disrupt the interaction between the SEC scaffolding protein AFF4 and P-TEFb, resulting in impaired release of Pol II from promoter-proximal pause sites and a reduced average rate of processive transcription elongation. SEC is required for induction of heat-shock genes and treating cells with KL-1 and KL-2 attenuates the heat-shock response from Drosophila to human. SEC inhibition downregulates MYC and MYC-dependent transcriptional programs in mammalian cells and delays tumor progression in a mouse xenograft model of MYC-driven cancer, indicating that small-molecule disruptors of SEC could be used for targeted therapy of MYC-induced cancer.


Assuntos
Antineoplásicos/farmacologia , Neoplasias Experimentais/tratamento farmacológico , Fator B de Elongação Transcricional Positiva/metabolismo , Proteínas Repressoras/metabolismo , Elongação da Transcrição Genética/efeitos dos fármacos , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Animais , Antineoplásicos/química , Antineoplásicos/uso terapêutico , Drosophila , Feminino , Células HCT116 , Células HEK293 , Resposta ao Choque Térmico , Humanos , Masculino , Camundongos , Camundongos Endogâmicos BALB C , Ligação Proteica/efeitos dos fármacos , Proteínas Proto-Oncogênicas c-myc/genética , Proteínas Proto-Oncogênicas c-myc/metabolismo , RNA Polimerase II/metabolismo , Bibliotecas de Moléculas Pequenas/química , Bibliotecas de Moléculas Pequenas/farmacologia
5.
Mol Cell ; 84(16): 3011-3025.e7, 2024 Aug 22.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-39116874

RESUMO

The histone variant macroH2A is generally linked to transcriptionally inactive chromatin, but how macroH2A regulates chromatin structure and functions in the transcriptional process remains elusive. This study reveals that while the integration of human macroH2A1.2 into nucleosomes does not affect their stability or folding dynamics, it notably hinders the maintenance of facilitates chromatin transcription's (FACT's) function. We show that FACT effectively diminishes the stability of macroH2A1.2-nucleosomes and expedites their depletion subsequent to the initial unfolding process. Furthermore, we identify the residue S139 in macroH2A1.2 as a critical switch to modulate FACT's function in nucleosome maintenance. Genome-wide analyses demonstrate that FACT-mediated depletion of macroH2A-nucleosomes allows the correct localization of macroH2A, while the S139 mutation reshapes macroH2A distribution and influences stimulation-induced transcription and cellular response in macrophages. Our findings provide mechanistic insights into the intricate interplay between macroH2A and FACT at the nucleosome level and elucidate their collective role in transcriptional regulation and immune response of macrophages.


Assuntos
Histonas , Nucleossomos , Transcrição Gênica , Fatores de Elongação da Transcrição , Humanos , Nucleossomos/metabolismo , Nucleossomos/genética , Histonas/metabolismo , Histonas/genética , Fatores de Elongação da Transcrição/genética , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade/metabolismo , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade/genética , Animais , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Macrófagos/metabolismo , Mutação , Montagem e Desmontagem da Cromatina , Camundongos , Cromatina/metabolismo , Cromatina/genética , Regulação da Expressão Gênica , Células RAW 264.7 , Ligação Proteica , Células HEK293
6.
Mol Cell ; 84(11): 2053-2069.e9, 2024 Jun 06.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-38810649

RESUMO

Facilitates chromatin transcription (FACT) is a histone chaperone that supports transcription through chromatin in vitro, but its functional roles in vivo remain unclear. Here, we analyze the in vivo functions of FACT with the use of multi-omics analysis after rapid FACT depletion from human cells. We show that FACT depletion destabilizes chromatin and leads to transcriptional defects, including defective promoter-proximal pausing and elongation, and increased premature termination of RNA polymerase II. Unexpectedly, our analysis revealed that promoter-proximal pausing depends not only on the negative elongation factor (NELF) but also on the +1 nucleosome, which is maintained by FACT.


Assuntos
Cromatina , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade , Nucleossomos , Regiões Promotoras Genéticas , RNA Polimerase II , Transcrição Gênica , Fatores de Elongação da Transcrição , RNA Polimerase II/metabolismo , RNA Polimerase II/genética , Humanos , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Fatores de Elongação da Transcrição/genética , Cromatina/metabolismo , Cromatina/genética , Nucleossomos/metabolismo , Nucleossomos/genética , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade/metabolismo , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade/genética , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Fatores de Transcrição/metabolismo , Fatores de Transcrição/genética , Células HeLa , Montagem e Desmontagem da Cromatina , Células HEK293 , Elongação da Transcrição Genética , Terminação da Transcrição Genética
7.
Mol Cell ; 84(18): 3423-3437.e8, 2024 Sep 19.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-39270644

RESUMO

To maintain the nucleosome organization of transcribed genes, ATP-dependent chromatin remodelers collaborate with histone chaperones. Here, we show that at the 5' ends of yeast genes, RNA polymerase II (RNAPII) generates hexasomes that occur directly adjacent to nucleosomes. The resulting hexasome-nucleosome complexes are then resolved by Chd1. We present two cryoelectron microscopy (cryo-EM) structures of Chd1 bound to a hexasome-nucleosome complex before and after restoration of the missing inner H2A/H2B dimer by FACT. Chd1 uniquely interacts with the complex, positioning its ATPase domain to shift the hexasome away from the nucleosome. In the absence of the inner H2A/H2B dimer, its DNA-binding domain (DBD) packs against the ATPase domain, suggesting an inhibited state. Restoration of the dimer by FACT triggers a rearrangement that displaces the DBD and stimulates Chd1 remodeling. Our results demonstrate how chromatin remodelers interact with a complex nucleosome assembly and suggest how Chd1 and FACT jointly support transcription by RNAPII.


Assuntos
Montagem e Desmontagem da Cromatina , Microscopia Crioeletrônica , Proteínas de Ligação a DNA , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade , Histonas , Nucleossomos , RNA Polimerase II , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae , Saccharomyces cerevisiae , Transcrição Gênica , Fatores de Elongação da Transcrição , Nucleossomos/metabolismo , Nucleossomos/genética , Nucleossomos/ultraestrutura , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/genética , Saccharomyces cerevisiae/genética , Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Fatores de Elongação da Transcrição/genética , Fatores de Elongação da Transcrição/química , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade/metabolismo , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade/genética , RNA Polimerase II/metabolismo , RNA Polimerase II/genética , Histonas/metabolismo , Histonas/genética , Ligação Proteica , Modelos Moleculares , Adenosina Trifosfatases/metabolismo , Adenosina Trifosfatases/genética
8.
Mol Cell ; 84(15): 2856-2869.e9, 2024 Aug 08.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-39121843

RESUMO

RNA polymerase II (RNA Pol II)-mediated transcription is a critical, highly regulated process aided by protein complexes at distinct steps. Here, to investigate RNA Pol II and transcription-factor-binding and dissociation dynamics, we generated endogenous photoactivatable-GFP (PA-GFP) and HaloTag knockins using CRISPR-Cas9, allowing us to track a population of molecules at the induced Hsp70 loci in Drosophila melanogaster polytene chromosomes. We found that early in the heat-shock response, little RNA Pol II and DRB sensitivity-inducing factor (DSIF) are reused for iterative rounds of transcription. Surprisingly, although PAF1 and Spt6 are found throughout the gene body by chromatin immunoprecipitation (ChIP) assays, they show markedly different binding behaviors. Additionally, we found that PAF1 and Spt6 are only recruited after positive transcription elongation factor (P-TEFb)-mediated phosphorylation and RNA Pol II promoter-proximal pause escape. Finally, we observed that PAF1 may be expendable for transcription of highly expressed genes where nucleosome density is low. Thus, our live-cell imaging data provide key constraints to mechanistic models of transcription regulation.


Assuntos
Proteínas de Drosophila , Drosophila melanogaster , RNA Polimerase II , Transcrição Gênica , Fatores de Elongação da Transcrição , RNA Polimerase II/metabolismo , RNA Polimerase II/genética , Animais , Drosophila melanogaster/genética , Drosophila melanogaster/metabolismo , Proteínas de Drosophila/genética , Proteínas de Drosophila/metabolismo , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Fatores de Elongação da Transcrição/genética , Proteínas de Choque Térmico HSP70/metabolismo , Proteínas de Choque Térmico HSP70/genética , Fator B de Elongação Transcricional Positiva/metabolismo , Fator B de Elongação Transcricional Positiva/genética , Regiões Promotoras Genéticas , Sistemas CRISPR-Cas , Fatores de Transcrição/metabolismo , Fatores de Transcrição/genética , Cromossomos Politênicos/genética , Cromossomos Politênicos/metabolismo , Regulação da Expressão Gênica , Fosforilação , Ligação Proteica , Resposta ao Choque Térmico/genética , Proteínas Nucleares/metabolismo , Proteínas Nucleares/genética , Nucleossomos/metabolismo , Nucleossomos/genética
9.
Nature ; 629(8010): 219-227, 2024 May.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-38570683

RESUMO

The Integrator complex can terminate RNA polymerase II (Pol II) in the promoter-proximal region of genes. Previous work has shed light on how Integrator binds to the paused elongation complex consisting of Pol II, the DRB sensitivity-inducing factor (DSIF) and the negative elongation factor (NELF) and how it cleaves the nascent RNA transcript1, but has not explained how Integrator removes Pol II from the DNA template. Here we present three cryo-electron microscopy structures of the complete Integrator-PP2A complex in different functional states. The structure of the pre-termination complex reveals a previously unresolved, scorpion-tail-shaped INTS10-INTS13-INTS14-INTS15 module that may use its 'sting' to open the DSIF DNA clamp and facilitate termination. The structure of the post-termination complex shows that the previously unresolved subunit INTS3 and associated sensor of single-stranded DNA complex (SOSS) factors prevent Pol II rebinding to Integrator after termination. The structure of the free Integrator-PP2A complex in an inactive closed conformation2 reveals that INTS6 blocks the PP2A phosphatase active site. These results lead to a model for how Integrator terminates Pol II transcription in three steps that involve major rearrangements.


Assuntos
Microscopia Crioeletrônica , Modelos Moleculares , Proteína Fosfatase 2 , RNA Polimerase II , RNA Polimerase II/metabolismo , RNA Polimerase II/química , RNA Polimerase II/ultraestrutura , Proteína Fosfatase 2/metabolismo , Proteína Fosfatase 2/química , Proteína Fosfatase 2/ultraestrutura , Terminação da Transcrição Genética , Humanos , Fatores de Transcrição/metabolismo , Fatores de Transcrição/química , Ligação Proteica , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Fatores de Elongação da Transcrição/química , Proteínas Nucleares/metabolismo , Proteínas Nucleares/química , Proteínas Nucleares/ultraestrutura , Subunidades Proteicas/metabolismo , Subunidades Proteicas/química
10.
Nature ; 628(8009): 887-893, 2024 Apr.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-38538796

RESUMO

Efficient termination is required for robust gene transcription. Eukaryotic organisms use a conserved exoribonuclease-mediated mechanism to terminate the mRNA transcription by RNA polymerase II (Pol II)1-5. Here we report two cryogenic electron microscopy structures of Saccharomyces cerevisiae Pol II pre-termination transcription complexes bound to the 5'-to-3' exoribonuclease Rat1 and its partner Rai1. Our structures show that Rat1 displaces the elongation factor Spt5 to dock at the Pol II stalk domain. Rat1 shields the RNA exit channel of Pol II, guides the nascent RNA towards its active centre and stacks three nucleotides at the 5' terminus of the nascent RNA. The structures further show that Rat1 rotates towards Pol II as it shortens RNA. Our results provide the structural mechanism for the Rat1-mediated termination of mRNA transcription by Pol II in yeast and the exoribonuclease-mediated termination of mRNA transcription in other eukaryotes.


Assuntos
Microscopia Crioeletrônica , Exorribonucleases , RNA Polimerase II , RNA Mensageiro , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae , Saccharomyces cerevisiae , Terminação da Transcrição Genética , Exorribonucleases/química , Exorribonucleases/metabolismo , Exorribonucleases/ultraestrutura , Modelos Moleculares , Ligação Proteica , RNA Polimerase II/química , RNA Polimerase II/metabolismo , RNA Polimerase II/ultraestrutura , RNA Mensageiro/biossíntese , RNA Mensageiro/química , RNA Mensageiro/genética , RNA Mensageiro/ultraestrutura , Proteínas de Ligação a RNA/química , Proteínas de Ligação a RNA/metabolismo , Proteínas de Ligação a RNA/ultraestrutura , Saccharomyces cerevisiae/química , Saccharomyces cerevisiae/genética , Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Saccharomyces cerevisiae/ultraestrutura , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/química , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/ultraestrutura , Fatores de Elongação da Transcrição/química , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Fatores de Elongação da Transcrição/ultraestrutura , Proteínas Cromossômicas não Histona/química , Proteínas Cromossômicas não Histona/metabolismo , Proteínas Cromossômicas não Histona/ultraestrutura , Domínios Proteicos , RNA Fúngico/biossíntese , RNA Fúngico/química , RNA Fúngico/genética , RNA Fúngico/ultraestrutura
11.
Mol Cell ; 82(19): 3632-3645.e4, 2022 10 06.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-36206739

RESUMO

The pause-release model of transcription proposes that 40-100 bases from the start site RNA Pol II pauses, followed by release into productive elongation. Pause release is facilitated by the PTEFb phosphorylation of the RNA Pol II elongation factor, Spt5. We mapped paused polymerases by eNET-seq and found frequent pausing in zones that extend ∼0.3-3 kb into genes even when PTEFb is inhibited. The fraction of paused polymerases or pausing propensity declines gradually over several kb and not abruptly as predicted for a discrete pause-release event. Spt5 depletion extends pausing zones, suggesting that it promotes the maturation of elongation complexes to a low-pausing state. The expression of mutants after Spt5 depletion showed that phosphomimetic substitutions in the CTR1 domain diminished pausing throughout genes. By contrast, mutants that prevent the phosphorylation of the Spt5 RNA-binding domain strengthened pausing. Thus, distinct Spt5 phospho-isoforms set the balance between pausing and elongation.


Assuntos
RNA Polimerase II , Fatores de Elongação da Transcrição , Fatores de Alongamento de Peptídeos/metabolismo , Fosforilação , RNA Polimerase II/genética , RNA Polimerase II/metabolismo , Transcrição Gênica , Fatores de Elongação da Transcrição/genética , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo
12.
Mol Cell ; 82(17): 3126-3134.e7, 2022 09 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-35858621

RESUMO

During gene transcription, RNA polymerase II (RNA Pol II) passes nucleosomes with the help of various elongation factors. Here, we show that RNA Pol II achieves efficient nucleosome passage when the human elongation factors DSIF, PAF1 complex (PAF), RTF1, SPT6, and TFIIS are present. The cryo-EM structure of an intermediate of the nucleosome passage shows a partially unraveled hexasome that lacks the proximal H2A-H2B dimer and interacts with the RNA Pol II jaw, DSIF, and the CTR9trestle helix. RNA Pol II adopts a backtracked state with the RNA 3' end dislodged from the active site and bound in the RNA Pol II pore. Additional structures and biochemical data show that human TFIIS enters the RNA Pol II pore and stimulates the cleavage of the backtracked RNA and nucleosome passage.


Assuntos
Nucleossomos , RNA Polimerase II , Núcleo Celular/metabolismo , Humanos , Nucleossomos/genética , RNA , RNA Polimerase II/metabolismo , Fatores de Transcrição/genética , Fatores de Transcrição/metabolismo , Transcrição Gênica , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo
13.
Genes Dev ; 36(5-6): 294-299, 2022 03 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-35273076

RESUMO

RNA polymerase II (Pol II) elongation is a critical step in gene expression. Here we found that NDF, which was identified as a bilaterian nucleosome-destabilizing factor, is also a Pol II transcription factor that stimulates elongation with plain DNA templates in the absence of nucleosomes. NDF binds directly to Pol II and enhances elongation by a different mechanism than that used by transcription factor TFIIS. Moreover, yeast Pdp3, which is related to NDF, binds to Pol II and stimulates elongation. Thus, NDF is a Pol II binding transcription elongation factor that is localized over gene bodies and is conserved from yeast to humans.


Assuntos
RNA Polimerase II , Fatores de Transcrição , Humanos , Nucleossomos/metabolismo , RNA Polimerase II/metabolismo , Saccharomyces cerevisiae/genética , Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Fatores de Transcrição/genética , Fatores de Transcrição/metabolismo , Transcrição Gênica , Fatores de Elongação da Transcrição/genética , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo
14.
Mol Cell ; 81(14): 2944-2959.e10, 2021 07 15.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-34166609

RESUMO

A number of regulatory factors are recruited to chromatin by specialized RNAs. Whether RNA has a more general role in regulating the interaction of proteins with chromatin has not been determined. We used proteomics methods to measure the global impact of nascent RNA on chromatin in embryonic stem cells. Surprisingly, we found that nascent RNA primarily antagonized the interaction of chromatin modifiers and transcriptional regulators with chromatin. Transcriptional inhibition and RNA degradation induced recruitment of a set of transcriptional regulators, chromatin modifiers, nucleosome remodelers, and regulators of higher-order structure. RNA directly bound to factors, including BAF, NuRD, EHMT1, and INO80 and inhibited their interaction with nucleosomes. The transcriptional elongation factor P-TEFb directly bound pre-mRNA, and its recruitment to chromatin upon Pol II inhibition was regulated by the 7SK ribonucleoprotein complex. We postulate that by antagonizing the interaction of regulatory proteins with chromatin, nascent RNA links transcriptional output with chromatin composition.


Assuntos
Cromatina/metabolismo , RNA/metabolismo , Fatores de Transcrição/metabolismo , Animais , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Células-Tronco Embrionárias/metabolismo , Regulação da Expressão Gênica/fisiologia , Células HEK293 , Humanos , Masculino , Camundongos , Nucleossomos/metabolismo , Fator B de Elongação Transcricional Positiva/metabolismo , Ligação Proteica/fisiologia , Proteômica/métodos , RNA Polimerase II/metabolismo , Transcrição Gênica/fisiologia , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo
15.
Mol Cell ; 81(21): 4425-4439.e6, 2021 11 04.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-34534457

RESUMO

Transcription progression is governed by multitasking regulators including SPT5, an evolutionarily conserved factor implicated in virtually all transcriptional steps from enhancer activation to termination. Here we utilize a rapid degradation system and reveal crucial functions of SPT5 in maintaining cellular and chromatin RNA polymerase II (Pol II) levels. Rapid SPT5 depletion causes a pronounced reduction of paused Pol II at promoters and enhancers, distinct from negative elongation factor (NELF) degradation resulting in short-distance paused Pol II redistribution. Most genes exhibit downregulation, but not upregulation, accompanied by greatly impaired transcription activation, altered chromatin landscape at enhancers, and severe Pol II processivity defects at gene bodies. Phosphorylation of an SPT5 linker at serine 666 potentiates pause release and is antagonized by Integrator-PP2A (INTAC) targeting SPT5 and Pol II, while phosphorylation of the SPT5 C-terminal region links to 3' end termination. Our findings position SPT5 as an essential positive regulator of global transcription.


Assuntos
Proteínas Cromossômicas não Histona/metabolismo , Elementos Facilitadores Genéticos , Proteínas Nucleares/metabolismo , RNA Polimerase II/metabolismo , Transcrição Gênica , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Animais , Antígenos de Diferenciação de Linfócitos B , Cromatina/química , Cromatina/metabolismo , Fibroblastos/metabolismo , Genoma , Células HEK293 , Antígenos de Histocompatibilidade Classe II , Humanos , Camundongos , Mutação , Fosforilação , Regiões Promotoras Genéticas , RNA-Seq , Sequências Reguladoras de Ácido Nucleico , Ativação Transcricional
16.
Mol Cell ; 81(17): 3542-3559.e11, 2021 09 02.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-34380014

RESUMO

The histone chaperone FACT occupies transcribed regions where it plays prominent roles in maintaining chromatin integrity and preserving epigenetic information. How it is targeted to transcribed regions, however, remains unclear. Proposed models include docking on the RNA polymerase II (RNAPII) C-terminal domain (CTD), recruitment by elongation factors, recognition of modified histone tails, and binding partially disassembled nucleosomes. Here, we systematically test these and other scenarios in Saccharomyces cerevisiae and find that FACT binds transcribed chromatin, not RNAPII. Through a combination of high-resolution genome-wide mapping, single-molecule tracking, and mathematical modeling, we propose that FACT recognizes the +1 nucleosome, as it is partially unwrapped by the engaging RNAPII, and spreads to downstream nucleosomes aided by the chromatin remodeler Chd1. Our work clarifies how FACT interacts with genes, suggests a processive mechanism for FACT function, and provides a framework to further dissect the molecular mechanisms of transcription-coupled histone chaperoning.


Assuntos
Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade/metabolismo , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Transcrição Gênica/genética , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Cromatina/metabolismo , Montagem e Desmontagem da Cromatina , Proteínas Cromossômicas não Histona/metabolismo , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade/genética , Chaperonas de Histonas/genética , Histonas/genética , Histonas/metabolismo , Chaperonas Moleculares/metabolismo , Nucleossomos/metabolismo , Ligação Proteica , RNA Polimerase II/metabolismo , Saccharomyces cerevisiae , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/genética , Fatores de Elongação da Transcrição/genética
17.
Mol Cell ; 81(21): 4413-4424.e5, 2021 11 04.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-34480849

RESUMO

Based on in vitro studies, it has been demonstrated that the DSIF complex, composed of SPT4 and SPT5, regulates the elongation stage of transcription catalyzed by RNA polymerase II (RNA Pol II). The precise cellular function of SPT5 is not clear, because conventional gene depletion strategies for SPT5 result in loss of cellular viability. Using an acute inducible protein depletion strategy to circumvent this issue, we report that SPT5 loss triggers the ubiquitination and proteasomal degradation of the core RNA Pol II subunit RPB1, a process that we show to be evolutionarily conserved from yeast to human cells. RPB1 degradation requires the E3 ligase Cullin 3, the unfoldase VCP/p97, and a novel form of CDK9 kinase complex. Our study demonstrates that SPT5 stabilizes RNA Pol II specifically at promoter-proximal regions, permitting RNA Pol II release from promoters into gene bodies and providing mechanistic insight into the cellular function of SPT5 in safeguarding accurate gene expression.


Assuntos
Proteínas Culina/metabolismo , Proteínas Nucleares/metabolismo , RNA Polimerase II/química , RNA Polimerase II/metabolismo , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Animais , Sobrevivência Celular , Proteínas Cromossômicas não Histona/metabolismo , Proteínas Culina/química , Fibroblastos/metabolismo , Humanos , Ácidos Indolacéticos/química , Camundongos , Ubiquitina-Proteína Ligases Nedd4/química , Regiões Promotoras Genéticas , Complexo de Endopeptidases do Proteassoma/química , Proteoma , Proteômica/métodos , Ubiquitina-Proteína Ligases/química , Proteína com Valosina/química , Proteína com Valosina/metabolismo
18.
Mol Cell ; 81(5): 1013-1026.e11, 2021 03 04.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33548202

RESUMO

In response to stress, human cells coordinately downregulate transcription and translation of housekeeping genes. To downregulate transcription, the negative elongation factor (NELF) is recruited to gene promoters impairing RNA polymerase II elongation. Here we report that NELF rapidly forms nuclear condensates upon stress in human cells. Condensate formation requires NELF dephosphorylation and SUMOylation induced by stress. The intrinsically disordered region (IDR) in NELFA is necessary for nuclear NELF condensation and can be functionally replaced by the IDR of FUS or EWSR1 protein. We find that biomolecular condensation facilitates enhanced recruitment of NELF to promoters upon stress to drive transcriptional downregulation. Importantly, NELF condensation is required for cellular viability under stressful conditions. We propose that stress-induced NELF condensates reported here are nuclear counterparts of cytosolic stress granules. These two stress-inducible condensates may drive the coordinated downregulation of transcription and translation, likely forming a critical node of the stress survival strategy.


Assuntos
Resposta ao Choque Térmico/genética , Proteínas Intrinsicamente Desordenadas/genética , Processamento de Proteína Pós-Traducional , RNA Polimerase II/genética , Transcrição Gênica , Fatores de Elongação da Transcrição/genética , Aminoaciltransferases/genética , Aminoaciltransferases/metabolismo , Cromatina/química , Cromatina/metabolismo , Células Clonais , Quinase 9 Dependente de Ciclina/genética , Quinase 9 Dependente de Ciclina/metabolismo , Genes Reporter , Células HEK293 , Células HeLa , Humanos , Proteínas Intrinsicamente Desordenadas/química , Proteínas Intrinsicamente Desordenadas/metabolismo , Proteínas Luminescentes/genética , Proteínas Luminescentes/metabolismo , Fosforilação , Fator B de Elongação Transcricional Positiva/genética , Fator B de Elongação Transcricional Positiva/metabolismo , Regiões Promotoras Genéticas , RNA Polimerase II/metabolismo , Transdução de Sinais , Estresse Fisiológico , Sumoilação , Fatores de Transcrição/genética , Fatores de Transcrição/metabolismo , Fatores de Elongação da Transcrição/química , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo , Proteína Vermelha Fluorescente
19.
Mol Cell ; 81(2): 281-292.e8, 2021 01 21.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33296676

RESUMO

Rho is a general transcription termination factor playing essential roles in RNA polymerase (RNAP) recycling, gene regulation, and genomic stability in most bacteria. Traditional models of transcription termination postulate that hexameric Rho loads onto RNA prior to contacting RNAP and then translocates along the transcript in pursuit of the moving RNAP to pull RNA from it. Here, we report the cryoelectron microscopy (cryo-EM) structures of two termination process intermediates. Prior to interacting with RNA, Rho forms a specific "pre-termination complex" (PTC) with RNAP and elongation factors NusA and NusG, which stabilize the PTC. RNA exiting RNAP interacts with NusA before entering the central channel of Rho from the distal C-terminal side of the ring. We map the principal interactions in the PTC and demonstrate their critical role in termination. Our results support a mechanism in which the formation of a persistent PTC is a prerequisite for termination.


Assuntos
RNA Polimerases Dirigidas por DNA/química , Proteínas de Escherichia coli/química , Escherichia coli/genética , Regulação Bacteriana da Expressão Gênica , Fatores de Alongamento de Peptídeos/química , Fatores de Transcrição/química , Terminação da Transcrição Genética , Fatores de Elongação da Transcrição/química , Sequência de Aminoácidos , Sítios de Ligação , Clonagem Molecular , Microscopia Crioeletrônica , DNA Bacteriano/química , DNA Bacteriano/genética , DNA Bacteriano/metabolismo , RNA Polimerases Dirigidas por DNA/genética , RNA Polimerases Dirigidas por DNA/metabolismo , Escherichia coli/metabolismo , Proteínas de Escherichia coli/genética , Proteínas de Escherichia coli/metabolismo , Vetores Genéticos/química , Vetores Genéticos/metabolismo , Modelos Moleculares , Fatores de Alongamento de Peptídeos/genética , Fatores de Alongamento de Peptídeos/metabolismo , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , RNA Bacteriano/química , RNA Bacteriano/genética , RNA Bacteriano/metabolismo , Fatores de Transcrição/genética , Fatores de Transcrição/metabolismo , Fatores de Elongação da Transcrição/genética , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo
20.
Genes Dev ; 35(9-10): 698-712, 2021 05 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33888559

RESUMO

Histone chaperones are critical for controlling chromatin integrity during transcription, DNA replication, and DNA repair. Three conserved and essential chaperones, Spt6, Spn1/Iws1, and FACT, associate with elongating RNA polymerase II and interact with each other physically and/or functionally; however, there is little understanding of their individual functions or their relationships with each other. In this study, we selected for suppressors of a temperature-sensitive spt6 mutation that disrupts the Spt6-Spn1 physical interaction and that also causes both transcription and chromatin defects. This selection identified novel mutations in FACT. Surprisingly, suppression by FACT did not restore the Spt6-Spn1 interaction, based on coimmunoprecipitation, ChIP, and mass spectrometry experiments. Furthermore, suppression by FACT bypassed the complete loss of Spn1. Interestingly, the FACT suppressor mutations cluster along the FACT-nucleosome interface, suggesting that they alter FACT-nucleosome interactions. In agreement with this observation, we showed that the spt6 mutation that disrupts the Spt6-Spn1 interaction caused an elevated level of FACT association with chromatin, while the FACT suppressors reduced the level of FACT-chromatin association, thereby restoring a normal Spt6-FACT balance on chromatin. Taken together, these studies reveal previously unknown regulation between histone chaperones that is critical for their essential in vivo functions.


Assuntos
Cromatina/metabolismo , Regulação da Expressão Gênica/genética , Chaperonas de Histonas/metabolismo , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Saccharomyces cerevisiae/genética , Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Transcrição Gênica/genética , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade/genética , Proteínas de Grupo de Alta Mobilidade/metabolismo , Chaperonas de Histonas/genética , Mutação , Nucleossomos/genética , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/genética , Fatores de Elongação da Transcrição/genética , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo
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