収束的な重複転写を調整するクロマチンベースのメカニズム

真核生物ゲノムでは、遺伝子の転写単位は、しばしば他のタンパク質コーディングおよび/または非コーディング転写単位と重複している1,2。このような絡み合ったゲノムでは、ゲノム機能3-6の完全性を確保するために、近くまたは重複する遺伝子の調整された転写が重要です。ただし、この調整の根底にあるメカニズムはほとんど不明です。ここでは、シロイヌナズナで、転写の収束方向を持つ遺伝子がアンチセンス転写産物の主要な原因であり、両方の鎖に転写されるこれらの遺伝子が推定リジン特異的デメチラーゼ1ファミリーヒストンデメチラーゼ、開花軌跡D（FLD）7によって調節されることを示しています。8。ゲノム全体のクロマチンプロファイリングは、FLDとその関連因子LuminidePendens9が、収束した転写を伴う領域のヒストンH3K4me1をダウンレギュレートすることを明らかにしました。FLDは、アクティブに転写された遺伝子に局在し、Ser2またはSer5部位でリン酸化された伸長RNAポリメラーゼIIと共局在します。ゲノム全体の転写分析は、FLDを介したH3K4ME1除去が、高レベルのアンチセンス転写を伴う遺伝子の転写を負に調節することを示唆しています。さらに、転写ダイナミクスに対するFLDの効果は、DNAトポイソメラーゼIによって拮抗されています。私たちの研究は、DNAトポロジーの調節によって発生する可能性のある重複する転写に対処するためのクロマチンベースのメカニズムを明らかにしています。重複する転写に対処するこのグローバルなメカニズムは、環境への応答の細胞記憶など、特定のエピジェネティックプロセスに合わせて採用する可能性があります10。

In eukaryotic genomes, the transcription units of genes often overlap with other protein-coding and/or noncoding transcription units1,2. In such intertwined genomes, the coordinated transcription of nearby or overlapping genes would be important to ensure the integrity of genome function3-6; however, the mechanisms underlying this coordination are largely unknown. Here, we show in Arabidopsis thaliana that genes with convergent orientation of transcription are major sources of antisense transcripts and that these genes transcribed on both strands are regulated by a putative Lysine-Specific Demethylase 1 family histone demethylase, FLOWERING LOCUS D (FLD)7,8. Our genome-wide chromatin profiling revealed that FLD, as well as its associating factor LUMINIDEPENDENS9, downregulates histone H3K4me1 in regions with convergent overlapping transcription. FLD localizes to actively transcribed genes, where it colocalizes with elongating RNA polymerase II phosphorylated at the Ser2 or Ser5 sites. Genome-wide transcription analyses suggest that FLD-mediated H3K4me1 removal negatively regulates the transcription of genes with high levels of antisense transcription. Furthermore, the effect of FLD on transcription dynamics is antagonized by DNA topoisomerase I. Our study reveals chromatin-based mechanisms to cope with overlapping transcription, which may occur by modulating DNA topology. This global mechanism to cope with overlapping transcription could be co-opted for specific epigenetic processes, such as cellular memory of responses to the environment10.