Epigenetic Regulation of Replication-Dependent Histone mRNA 3 End Processing

Abstract

CDK9, eine cyclin-abhängige Ser/Thr-Kinase, phosphoryliert die C-terminale Domäne der größten RNA Polymerase II (RNAPII)-Untereinheit an Serin 2. Diese posttranslationale Modifikation reguliert die Aktivität der RNAPII im Anschluss an die Transkriptionsinitiation. Darüber hinaus wird CDK9 ebenfalls eine regulatorische Funktion in der Modifikation von Histonen und in der mRNA-Prozessierung, die beide co-transkriptionell stattfinden, zugeschrieben. Unsere Studien zeigen, dass CDK9 nicht nur für den Erhalt globaler Mengen an Histon H2B Lysin 120 Monoubiquitinierung (H2Bub1) verantwortlich ist, sondern darüber hinaus auch für die Histonmodifikationen Histon H3 Lysin 4 Trimethylierung (H3K4me3) und H3K36me3 von Bedeutung ist. Allerdings scheinen diese Modifikationen nicht ausschließlich von der CTD-Phosphorylierung an Serin 2 abhängig zu sein. Sie können zudem von der Aktivität von SUPTH5 (suppressor of Ty 5 homolog), NELF-E (negative elongation factor-E) und wahrscheinlich UBE2A (ubiquitin-conjugating enzyme E2A) reguliert werden. Hierbei handelt es sich ebenfalls um von CDK9 phosphorylierte und somit regulierte Transkriptionsfaktoren. Interessanterweise sind die CDK9-Aktivität und die erwähnten Histonmodifikationen für das Aufrechterhalten von korrektem Prozessieren der replikationsabhängig transkribierten Histon-mRNAs notwendig. In unseren Studien führte ein Knockdown von CDK9 im Zellsystem zu einem ineffizienten Erkennen der korrekten mRNA-Schnittstelle. Infolgedessen setzte RNAPII die Transkription bis zu einem alternativen, genabwärts liegenden Polyadenylierungssignal fort. Daraus resultierte ein Anstieg an polyadenylierten Histon-mRNAs in der Zelle. Desweiteren führte die Induktion eines G1-Zellzyklusarrestes nach Akkumulierung des Tumorsuppressors p53 ebenfalls zu einem Anstieg der gebildeten polyadenylierten Histon-mRNAs. Dieser Effekt ist auf eine verminderte Expression des E2F-abhängigen, histonspezifischen Transkriptionsregulators NPAT (nuclear protein Ataxia Telangiectasia Locus) zurückzuführen. Wir konnten zeigen, dass NPAT direkt mit P-TEFb (positive transcription elongation factor b) interagiert und somit CDK9 zu replikationsabhängigen Histongenen rekrutieren kann. Die verminderte Rekrutierung hat schließlich eine Auswirkung auf die korrekte Prozessierung des 3 Endes replikationsabhängiger Histon-mRNAs. Diese neuesten Resultate decken einen Mechanismus auf, wie ein Wechsel von prozessierten, replikationsabhängigen Histon-mRNA-Transkripten zu polyadenylierten im Rahmen eines normalen zellulären Prozesses reguliert werden kann.