Topological organization of RNA polymerase Ⅲ-dependent genes in colorectal cancer cells

Abstract

In eukaryotic cells, there are three major classes of RNA Polymerases. Among them, RNA Polymerase III is important for translation system and transcribes many different types of RNA molecules. Pol. III transcription is regulated in many different biological processes such as cell cycle, differentiation, regeneration, cellular stress. Deregulation of Pol. III transcription has been found to cause or to be linked to various diseases. Therefore, it is important to understand the mechanisms for regulation of Pol. III genes. The spatial organization of the genome into compartments and topologically associated domains can have an important role in the regulation of gene expression. However, it is not well known that how Pol. III genes are organized topologically and what extent they are involved in multi-level chromatin structures. In recent years, many different high-throughput sequencing methods have been developed to study the three-dimensional organization of the genome and to measure genome-wide gene transcription. In this study, various types of data were analyzed which had been produced by several sequencing methods that are widely used in epigenetic researches such as ChIP-seq, ATAC-seq, in situ Hi-C and HiChIP to investigate Pol. III mediated chromatin landscape and PRO-seq to capture nascent RNA transcription level. As a result, integrative analysis using high-throughput sequencing methods could identify actively transcribed Pol. III genes and found that Pol. III genes are clustered in highly connected chromatin structure.

진핵 세포에는 세 가지 주요한 RNA 중합효소가 존재한다. 그 중 RNA 중합효소 III는 단백질 번역 시스템이 있어서 중요하며 여러가지 다양한 non-coding RNA를 전사하는 것으로 알려져 있다. RNA 중합효소 III의 전사는 세포 주기, 분화, 재생, 세포 스트레스와 같은 여러 가지 다양한 생명현상 안에서 조절된다. 이러한 RNA 중합효소 III 전사과정에서의 결함은 여러 가지 질병을 야기하거나 관련되어 있다고 알려져 있다. 그러므로 RNA 중합효소 III가 전사하는 유전자들의 조절 메커니즘을 이해하는 것은 중요하다. Compartment 또는 TAD 로 나누어지는 유전체의 위상적 구조는 유전자 조절에 있어서 중요한 역할을 할 수 있다. 그러나 RNA 중합효소 III 의존적 유전자들이 위상학적으로 어떻게 조직되어 있고 여러 계층의 크로마틴 구조와 어느 정도로 연관되어 있는지는 잘 알려져 있지 않다. 최근 몇 년 동안 유전체의 3차원 크로마틴 구조를 연구하고 유전자 발현을 측정하기 위한 많고 다양한 high-throughput sequencing 방법들이 개발되어 왔다. 본 연구에서는 RNA 중합효소 III에 의해 매개되는 크로마틴 구조를 연구하기 위해 ChIP-seq, ATAC-seq, in situ Hi-C, HiChIP과 같이 후성유전학 연구에서 널리 사용되는 다양한 시퀀싱 데이터와 nascent RNA를 정량 할 수 있는 PRO-seq 데이터를 분석하였다. 그 결과 이러한 NGS 데이터의 통합 분석 결과로부터 활발히 전사되는 RNA 중합효소 의존적 유전자들을 규명할 수 있었고, 또한 많은 수의 RNA 중합효소 III 의존적 유전자들은 크로마틴 구조를 통해 위상적으로 가까이 모여있는 것을 확인하였다.