Influence of transcription elongation rate on gene expression in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe

Abstract

Bien qu’il soit évident que l’étape de transcription régule directement l’expression des gènes, comment l’élongation de la transcription régule cette dernière reste encore méconnue. Des évidences montrent en effet que certains facteurs de transcription mutés influent sur l’élongation de la transcription et mènent à la surexpression de certains gènes, et dans un cas extrême, d’oncogènes dans un contexte de cancer. Mais que se passe-t-il si le problème est pris à l’envers ? C’est-à-dire, si la cinétique d’élongation de la transcription est ralentie, quelles sont les conséquences sur l’expression génique ? Pour ce faire, nous utilisons l’édition génomique CRISPR-cas9 chez Schizosaccharomyces pombe afin de générer un mutant Rpb1 qui produit un complexe ARN polymerase II dont la cinétique d’élongation de la transcription est plus lente qu’une souche sauvage. L’analyse de gènes différentiellement exprimés par RNA-seq nous a permis l’identification de gènes significativement sur-exprimés en réponse à différents stress et de gènes significativement sous-exprimés en lien avec les ARN non-codants. De plus, en combinant ces données avec une cartographie publiée des sites de polyadénylation alternatifs, il a été possible d’observer un usage accentué et significatif des sites de polyadénylation proximaux dans le mutant « slow ». Ensemble, ces résultats suggèrent l’étude du gène tgp1 codant pour un transporteur transmembranaire de phosphate et qui est régulé en cis par un ARN non-codant long. Des expériences de ChIP-qPCR ont permis de rassembler des indices mécanistiques sur le lien entre une vitesse d’élongation lente et la sur-expression de tgp1.

Abstract: Although it has become clear that transcription is intimately coupled to gene expression, how transcription elongation influences the transcriptome remains poorly understood. Some studies have shown that mutations in particular transcription factors impact transcription elongation leading to the potential overexpression of some genes, and in extreme situations, oncogenes which are associated with cancer. However, what if we approached this problem another way? How would gene expression be affected if transcription elongation rate was slowing down? To examine those consequences, we used genome editing in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe to generate rpb1 mutants that produce a RNA polymerase II complex that transcribes slower than the wild type RNAPII. Using RNA-seq, differential gene expression analysis revealed a list of genes significantly up-regulated in conjunction with stress responses and a list of genes significantly down-regulated in conjunction with non-coding RNAs. Moreover, after merging those data with published genome-wide alternative polyadenylation sites, we discovered a more efficient function of the proximal polyadenylation sites in the slow mutant. Together, these results suggest a focus on tgp1 whose protein product is a phosphate transmembrane transporter, and which is known to be regulated by a cis long non-coding RNA. Several ChIP-qPCR assays have allowed us to gather mechanistic evidence about the link between a slow transcription elongation rate and tgp1 overexpression.