Structure and function of the ribosomal intergenic DNA

Abstract

Ribozomální DNA (rDNA), nejhojněji exprimovaný lokus v lidském genomu, je zastoupena stovkami jednotek v každé buňce. Každá jednotka zahrnuje 13 kb oblast obsahující geny pro ribozomální RNA (rRNA)a 30 kb mezigenní DNA.rDNA je v různých jednotkách transkribována s různou intenzitou, přičemž některé z nich zůstávají trvale umlčené. Klíčovým prostředníkem alespoň jedné z umlčovacích drah je RNA asociovaná s promotorem (pRNA) syntetizovaná z 2 kb genu umístěného před počátkem transkripce rDNA. Nedávné studie naznačují, že variabilita sekvence v savčích buňkách může být příčinou selektivní transkripce různých jednotek rDNA. Tato práce je založena na hloubkovém sekvenování fragmentu genu pRNA a jeho RNA produktu. Zjistili jsme, že určitá jednonukleotidová variace, která transformuje motiv CCC na CCT, stejně jako delece, snižující počet tandemových repetic CCCT, se v DNA vyskytují výrazně častěji než v příslušných transkriptech. Výsledky naznačují, že variace v DNA mají přímý inhibiční účinek na expresi pRNA a následně nepřímý podpůrný účinek na produkci rRNA. Ze zjištění rovněž vyplývá, že repetice (CCCT)n /(GGGA)n DNA a příslušné repetice (GGGA)n RNA mohou vytvářet triplexové struktury, které usnadňují funkci pRNA. Na základě těchto zjištění byl vytvořen nový, volně přístupný bioinformatický postup pro...

The ribosomal DNA (rDNA), the most abundantly expressed locus in the human genome, is represented by hundreds of units per cell. Each unit includes a 13 kb region containing ribosomal RNA (rRNA) genes and a 30 kb intergenic spacer. The rDNA is transcribed with varying intensity in different units, some of which remain permanently silent. A key mediator of at least one of the silencing pathways is the promoter-associated RNA (pRNA) produced from a 2kb gene situated upstream of the rDNA transcription start site. Recent studies suggest that the sequence variability in mammalian cells may account for the selective transcription of different rDNA units. This thesis is based on the deep sequencing of a pRNA gene fragment and its RNA product. We discovered that a certain single- nucleotide variation, which converts the CCCmotif into CCT, as well as deletions reducing the number of CCCT tandem repeats, were significantly more frequent in the DNA than in the respective transcripts. The results suggest that DNA variations have a direct inhibitory effect on the expression of pRNA and,consequently, an indirect promoting effect on rRNA production. The findings also imply that (CCCT)n /(GGGA)n DNA repeats and the respective (GGGA)n RNA repeats may form triplex structures, facilitating the function of pRNA. Along...