Spenは、X不活性化の転写およびエピジェネティックな制御を統合します

Xistは、エピジェネティックな調節における長い非コードRNAの機能のパラダイムを表しますが、X染色体の不活性化（XCI）をどのように媒介するかはほとんど説明されていません。XIST RNAに結合するいくつかのタンパク質が最近同定されています。これには、転写リプレッサーSpen1-3が含まれており、その損失は複数の遺伝子座でXCI不足に関連しています。ここでは、マウスでは、Spenがin vivoでのXCIの重要なオーケストレーターであり、その作用メカニズムを解明することを示しています。干渉前のマウス胚および胚性幹細胞のX染色体上の遺伝子サイレンシングを開始するためにSpenが不可欠であることを示します。Spenは、神経前駆細胞のXCIの維持に不可欠ですが、XCIを逃れる遺伝子の発現を大幅に減少させます。Spenは、Xistのアップレギュレーション時にX染色体にすぐに動員され、活性遺伝子のエンハンサーとプロモーターを標的とすることを示します。スペンは、遺伝子サイレンシング時にクロマチンから急速に離脱し、スペンにクロマチンをテザーするために活性転写が必要であることを示唆しています。SPOCドメインをSpenの遺伝子サイレンシング機能の主要なエフェクターとして定義し、Xist RNAへのTether Spocが遺伝子サイレンシングを媒介するのに十分であることを示します。NCOR/SMRT、M6A RNAメチル化機械、NURD複合体、RNAポリメラーゼII、および転写開始と伸長の調節に関与する因子など、SPOCのタンパク質パートナーを特定します。Spenは、XCIの開始の分子積分器として機能し、XIST RNAを転写機構に橋渡しし、ヌクレオソームリモデラーおよびヒストンデアセチラーゼ - 活性エンハンサーとプロモーターとともに橋渡しします。

Xist represents a paradigm for the function of long non-coding RNA in epigenetic regulation, although how it mediates X-chromosome inactivation (XCI) remains largely unexplained. Several proteins that bind to Xist RNA have recently been identified, including the transcriptional repressor SPEN1-3, the loss of which has been associated with deficient XCI at multiple loci2-6. Here we show in mice that SPEN is a key orchestrator of XCI in vivo and we elucidate its mechanism of action. We show that SPEN is essential for initiating gene silencing on the X chromosome in preimplantation mouse embryos and in embryonic stem cells. SPEN is dispensable for maintenance of XCI in neural progenitors, although it significantly decreases the expression of genes that escape XCI. We show that SPEN is immediately recruited to the X chromosome upon the upregulation of Xist, and is targeted to enhancers and promoters of active genes. SPEN rapidly disengages from chromatin upon gene silencing, suggesting that active transcription is required to tether SPEN to chromatin. We define the SPOC domain as a major effector of the gene-silencing function of SPEN, and show that tethering SPOC to Xist RNA is sufficient to mediate gene silencing. We identify the protein partners of SPOC, including NCoR/SMRT, the m6A RNA methylation machinery, the NuRD complex, RNA polymerase II and factors involved in the regulation of transcription initiation and elongation. We propose that SPEN acts as a molecular integrator for the initiation of XCI, bridging Xist RNA with the transcription machinery-as well as with nucleosome remodellers and histone deacetylases-at active enhancers and promoters.