Enhancer RNAs – Definisi, Biogenesis, Fungsi

Read Also

Apa itu Enhancer RNA?

• Enhancer RNA, atau eRNA, adalah molekul kecil RNA non-coding yang ditranskripsi dari lokus enhancer. Mereka terlibat dalam regulasi transkripsi gen dan dapat digunakan untuk mengobati penyakit.

• 2010 melihat penemuan RNA penambah menggunakan sekuensing throughput tinggi untuk menemukan penambah yang bergantung pada rangsangan.

• Ini menunjukkan ketergantungan RNA polimerase II dari transkripsi Enhancer RNA. Ini biasanya berukuran antara 0,5 dan 2 kb.

• Selain itu, tingkat ekspresi RNA penambah sering berada dalam kisaran yang sama dengan penambah induknya, yang menunjukkan korelasi antara fungsi penambah dan ekspresi RNA penambah.

Deteksi Enhancer RNA

• Untuk menemukan RNA penambah, diperlukan Next Generation Sequencing (NGS) dengan cakupan tinggi. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa tingkat ekspresi RNA penambah 19-34 kali lipat lebih rendah daripada transkrip gen.

• Stabilitas RNA penambah juga jauh lebih rendah daripada mRNA. Oleh karena itu, teknologi seperti run-on sequencing (GRO-seq) dan precision nuclear run-on sequencing (PRO-seq) atau metode sensitif seperti analisis topi pengurutan ekspresi gen diperlukan.

• Imunopresipitasi kromatin, hibridisasi in situ, dan pendekatan BruUV-seq, yang menggunakan sinar UV untuk pengurutan mendalam RNA yang baru lahir, adalah teknik lebih lanjut untuk meningkatkan keberadaan dan deteksi RNA spesifik.

• Karena fakta bahwa enhancer hanya aktif secara fungsional pada waktu dan lokasi tertentu, strategi ini mungkin paling efektif hanya jika enhancer aktif secara fungsional.

Fungsi Enhancer RNA

• Indikator penambah aktif: RNA penambah dapat digunakan untuk menilai apakah penambah tidak aktif atau aktif, menurut beberapa penelitian. Sebuah penelitian mengungkapkan bahwa keberadaan RNA penambah daripada penanda epigenetik menentukan ekspresi penambah spesifik jaringan.

• Regulasi transkripsi gen target: Awalnya, diyakini bahwa Enhancer RNA adalah produk sampingan dari transkripsi ketika mengatur ekspresi gen target melalui kontrol transkripsi. Namun demikian, penelitian lebih lanjut telah menunjukkan bahwa RNA penambah dapat mempengaruhi ekspresi beberapa gen dengan mengikatnya. Studi skala besar menunjukkan korelasi positif antara ekspresi RNA penambah dan ekspresi gen target. Salah satu cara di mana ini dapat terjadi adalah dengan efeknya pada RNA Polimerase II. Selanjutnya, enhancer berinteraksi secara fisik dengan promotor untuk menghasilkan loop E-P. Selain itu, penelitian telah menunjukkan bahwa RNA penambah dapat memperkuat pengulangan E-P dan meningkatkan ekspresi gen tertentu.

Biogenesis Enhancer RNA

• Urutan DNA hulu dan hilir daerah penambah ekstragenik diterjemahkan ke dalam eRNA.

• Beberapa penambah model telah menunjukkan kemampuan untuk secara langsung mengikat RNA Pol II dan faktor transkripsi umum untuk membuat pre-initiation complex (PIC) sebelum titik awal transkripsi dalam promotor gen.

• Enhancer yang diaktifkan pada tipe sel tertentu telah ditunjukkan untuk merekrut RNA Pol II dan berfungsi sebagai templat untuk transkripsi aktif dari urutan lokalnya.

• Area penambah menghasilkan dua bentuk transkrip non-coding yang berbeda, 1D-eRNA dan 2D-eRNA, tergantung pada arah transkripsi.

• Jenis eRNA yang dihasilkan dapat ditentukan oleh komposisi kompleks pra-inisiasi dan faktor transkripsi spesifik yang direkrut ke enhancer. Sebagian besar eRNA tinggal di nukleus setelah transkripsi.

• eRNA biasanya sangat tidak stabil dan secara aktif dihancurkan oleh eksosom nuklir. Tidak semua enhancer ditranskripsi, dengan enhancer yang tidak ditranskripsikan di setiap jenis sel melebihi jumlah enhancer yang ditranskripsi dengan urutan besarnya puluhan ribu.

eRNA 1D

• Dalam kebanyakan kasus, transkripsi searah dari daerah penambah menciptakan eRNA poliadenilasi yang panjangnya> 4 kb.

• Enhancer yang menghasilkan eRNA poliA+ memiliki rasio H3K4me1/me3 yang lebih rendah daripada 2D-eRNA dalam tanda tangan kromatinnya.

• PolyA+ eRNA berbeda dari transkrip poli multieksonik panjang (meRNA) yang dihasilkan oleh inisiasi transkripsi pada penambah intragenik.

• RNA noncoding yang panjang ini, yang secara sempurna mereplikasi struktur gen inang kecuali untuk ekson pertama alternatif, memiliki potensi pengkodean yang rendah.

• Akibatnya, polyA+ 1D-eRNA mungkin merupakan campuran RNA asli dan RNA multieksonik.

eRNA 2D

• Transkripsi dua arah di situs penambah menciptakan eRNA yang relatif lebih pendek (0,5-2kb) dan non-poliadenilasi.

• Enhancer yang menghasilkan polyA-eRNA memiliki tanda tangan kromatin dengan rasio H3K4me1/me3 yang lebih besar daripada yang menghasilkan 1D-eRNA.

• Secara umum, transkripsi penambah dan sintesis eRNA dua arah memiliki hubungan substansial dengan aktivitas transkripsi gen.

Enhancer RNA pada penyakit

Enhancer RNA dan peradangan

• IL1, Enhancer RNA, terlibat dalam jalur pensinyalan NF-KB dan memodulasi respons proinflamasi, menurut penelitian.

• Knockdown RNA penambah ini dapat mengurangi respons inflamasi.

Enhancer RNA dan gangguan neurodegeneratif

• Enhancer mungkin menyimpan mutasi yang terkait dengan penyakit perkembangan saraf dan neuropsikiatri.

• Studi telah mengidentifikasi lebih dari seratus penambah di otak, yang sebagian besar ditranslasihkan ke dalam Enhancer RNA di striatum otak tikus.

• Enhancer RNA termasuk variasi genetik yang terkait dengan penyakit spektrum autisme.

Enhancer RNA dan kanker

• Pada kanker prostat, ratusan Enhancer RNA terungkap diekspresikan secara berbeda.

• Transkripsi eRNA yang diinduksi estrogen ditemukan meningkat pada sel kanker payudara MCF-7. Studi lain mengungkapkan bahwa RNA penambah berkurang secara drastis pada kanker tenggorokan.

Enhancer RNA pada diabetes

• Rosiglitazone, obat anti-diabetes, telah terbukti meningkatkan sensitivitas insulin melalui pengaturan glukosa darah.

• Obat ini juga meningkatkan jumlah RNA penambah di tempat-tempat tertentu, menunjukkan bahwa RNA penambah memiliki fungsi dalam mengatur kadar glukosa dan diabetes.

Mekanisme Enhancer RNA

• Asumsi bahwa eRNA unik melakukan peran biologis yang terpisah dan signifikan didukung oleh fakta bahwa tidak semua enhancer ditranskripsi pada saat yang sama dan bahwa transkripsi eRNA berkorelasi dengan aktivitas spesifik enhancer.

• Peran eRNA dalam biologi masih diperdebatkan. Fakta bahwa eRNA sangat rentan terhadap degradasi melalui eksosom dan pembusukan yang dimediasi-omong kosong semakin mengurangi kegunaannya sebagai regulator transkripsi.

• Sekarang ada empat hipotesis utama tentang cara kerja eRNA, dan semuanya didukung oleh berbagai bukti eksperimental.

Transcriptional Noise

• Berbagai penelitian telah menunjukkan bahwa RNA Pol II hadir di berbagai lokasi ekstragenik, menunjukkan bahwa eRNA mungkin hanya mencerminkan produk sampingan dari transkripsi "bocor" acak dan tidak memiliki kepentingan fungsional.

• Karena RNA Pol II adalah RNA polimerase yang sangat promiscuous, ada kemungkinan bahwa ia dapat menghasilkan noise transkripsi ekstragenik di tempat-tempat dengan kromatin yang terbuka dan kompeten secara transkripsi.

• Karena situs terbuka juga bervariasi tergantung pada jenis sel tempat mereka berada, ini dapat menjelaskan fakta bahwa ekspresi eRNA bervariasi menurut jaringan.

Efek Transcription-dependent

• Transkripsi gen yang digerakkan oleh RNA Pol II mengarah pada pengembangan eukromatin dengan merekrut histone acetyltransferases dan pengubah histone lainnya.

• Daerah penambah, yang sering ditemukan di tempat yang berjauhan tetapi dapat direkrut untuk menargetkan gen dengan pengulangan DNA, juga dapat mengambil manfaat dari keberadaan enzim ini, karena pembukaan kromatin telah dihipotesiskan untuk daerah ini.

• Jadi, dalam skenario ini, eRNA diekspresikan sebagai respons terhadap transkripsi RNA Pol II tetapi tidak memiliki tujuan biologis.

Aktivitas fungsional di cis

• Proses ini mengusulkan bahwa eRNA adalah molekul fungsional yang menampilkan aktivitas cis, sedangkan dua hipotesis sebelumnya menyarankan bahwa eRNA tidak relevan secara fungsional.

• Menurut teori ini, eRNA dapat membawa protein pengatur dekat dengan tempat mereka dibuat. Histone acetyltransferases diperkirakan direkrut melalui transkrip yang muncul dari enhancer di hulu gen Cyclin D1.

• Penipisan eRNA ini diamati menghasilkan pembungkaman transkripsi dari Cyclin D1.

Aktivitas fungsional dalam trans

• Dalam teori terbaru, eRNA yang terletak di berbagai bagian genom mengatur transkripsi.

• Kompetensi transkripsi lokus individu dapat diubah oleh eRNA karena perekrutan diferensial kompleks protein. Sebagai contoh eRNA trans regulasi, Evf-2 bekerja dengan meningkatkan ekspresi Dlx2, yang pada gilirannya meningkatkan aktivitas penambah Dlx5 dan Dlx6.

• Ada kemungkinan bahwa eRNA yang bekerja secara trans juga dapat berfungsi di cis, dan sebaliknya.

References

Jeong, M., & Goodell, M. A. (2016). Noncoding Regulatory RNAs in Hematopoiesis. Hematopoiesis, 245–270. doi:10.1016/bs.ctdb.2016.01.006

Ye R, Cao C, Xue Y. Enhancer RNA: biogenesis, function, and regulation. Essays Biochem. 2020 Dec 7;64(6):883-894. doi: 10.1042/EBC20200014. PMID: 33034351.

Li, Wenbo & Lam, Michael & Notani, Dimple. (2014). Enhancer RNAs. Cell cycle (Georgetown, Tex.). 13. 3151-3152. 10.4161/15384101.2014.962860.

Lara, Josué & Arzate-Mejía, Rodrigo & Recillas-Targa, Félix. (2019). Enhancer RNAs: Insights Into Their Biological Role. Epigenetics Insights. 12. 251686571984609. 10.1177/2516865719846093.