Impact of inverted SINEs on gene expression

Alu Elemente sind konservierte, ~300 Nukleotide lange Short Interspersed Elements (SINE), welche die häufigsten Retrotransposons in Primatengenomen darstellen. Alu Elemente finden sich gehäuft in genreichen Regionen. Dort sind sie in nicht-kodierenden Bereichen von Transkripten, wie etwa Introns und nicht-translatierten Bereichen lokalisiert. SINEs können einen dramatischen Einfluss auf das Transkriptom haben. Etwa indem sie durch Inhibition der Polymerase II global die Transkription reprimieren, mRNA Spleißen oder Staufen mediated decay beeinflussen. Außerdem wurde in unserem, und anderen Laboren gezeigt, dass SINE Elemente in tandemartiger, invertierter Orientierung (iSINE) die Genexpression kontrollieren können. Als zugrundeliegende Mechanismen wurde RNA Editierung, sequenzspezifische Degradierung und translationale Kontrolle diskutiert. In diesem Projekt haben wir den Einfluss von in 3’UTRs liegenden iSINEs auf die Genexpression bestimmt. Wir haben gezeigt, dass das Vorhandensein von iSINEs in 3’UTRs Genexpression reduzieren kann und zu verminderten RNA Mengen führt. Unter Verwendung von Knockout Zellen haben wir demonstriert, dass die reduzierte Genexpression nicht durch RNA-Doppelstrang bindende Proteine, wie etwa DICER, STAUFEN, PKR oder ADAR bedingt ist. iSINE-vermittelte Reduktion von Genexpression ist zudem sequenzunabhängig. Die für iSINE Transkripte beobachtete Reduktion von RNA Levels, ist nicht auf einem Anstieg des mRNA Abbaus zurückzuführen. Zudem ist die Länge oder Position der Polyadenylierung, welche Translation oder mRNA Stabilitiät beeinflussen könnte, nicht beeinträchtigt. Unsere Daten der Chromatinimmunopräzipitation (ChIP) zeigen, dass sich die Polymerase II Verteilung für iSINE beinhaltende RNAs von Kontroll-RNAs unterscheidet. Offenbar können iSINEs die Transkriptionsrate beeinflussen. Zusätzlich zu den bereits dokumentierten Mechanismen der „nuclear retention“ und der Beeinflussung der Translation, könnte also Transkription durch einen dritten Alu-vermittelten Mechanismus beeinflusst sein.Alu elements are conserved, ~300 nucleotide long repeats that belong to the SINE family of retrotransposons found abundantly in primate genomes. Alu elements are enriched in gene-rich regions, where they are located within non coding segments of transcripts, such as introns and untranslated regions. SINEs can have a dramatic impact on the transcriptome by several means such as repressing global transcription by impairing polymerase II activity, affecting splicing or by triggering Staufen mediated decay. In addition, we and also other groups showed that SINE elements in inverted orientation (iSINE) could control gene expression. As underlying mechanisms, RNA-editing, sequence specific degradation or translational control has been discussed. In this project we determined the impact of iSINE located in 3’ UTRs on gene expression. We demonstrated that the presence of iSINE in 3’ UTRs can repress gene expression and reduce mRNA levels. Using knock-out cells we showed that the reduced gene expression does not rely on known double-stranded RNA binding proteins such as DICER, Staufen, PKR, or ADARs. In addition iSINE mediated gene expression is sequence independent. The reduced RNA levels measured for RNAs containing iSINE is not correlated with an increase in mRNA decay. In addition, the length or position of poly-adenylation, which could alter translational efficiency or mRNA stability, has not been affected. Chromatin immunoprecipitation data indicate that the distribution of Pol-II is different in iSINE-containing mRNA and control mRNA. It therefore appears that iSINEs can modulate the rate of mRNA transcription. Thus, besides the previously reported nuclear retention and translational repression induced by iSINE, transcription seems regulated by a third Alu-triggered mechanism

Additional file 2: Table S1. of Transcriptome-wide effects of inverted SINEs on gene expression and their impact on RNA polymerase II activity

describing all DNA primers used in this study for regular and quantitative PCR analysis. (PDF 57 kb

Additional file 1: of Transcriptome-wide effects of inverted SINEs on gene expression and their impact on RNA polymerase II activity

Figure S1. Alu elements in iSINE containing constructs are edited, indicating that iSINEs can form double-stranded structures. Figure S2. Minimum free energy structures of the Znf708 UTR and the designed UTRs. Figure S3. ZNF-analogs mimicking the folding of the wildtype ZNF are edited, indicating that they form double-stranded structures. Figure S4. iSINEs do not lead to nuclear retention of RNAs. Figure S5. iSINE mediated gene repression is independent of dsRNA-activated kinase PKR and DICER or DROSHA activity. Figure S6. iSINEs do not interfere with mRNA polyadenylation. (PDF 2738 kb