СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ РНК-ХРОМАТИНОВОГО ИНТЕРАКТОМА: РАЗРЕШЕНИЕ, ПОЛНОТА И СПЕЦИФИЧНОСТЬ ДАННЫХ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Для исследования взаимодействий РНК с хроматином применяются два типа экспериментов – поиск интерактома индивидуальных РНК («один-против-всех», «one-to-all» или ОТА) и полногеномный поиск контактов всех РНК («все-против-всех», «all-to-all» или АТА). Сравнительный анализ данных АТА и ОТА выявил их фундаментальные различия в разрешении, полноте и специфичности. Данные ОТА обладают высоким разрешением (~1000 п.н.) и воспроизводимостью (>90%), служа «золотым стандартом». Данные АТА имеют более низкое разрешение (~5000 п.н.), а их воспроизводимость (<10%) критически зависит от протокола, показывая преимущество двухэтапной фиксации дисукцинимидиллутатом и формальдегидом (GRID-seq) перед одним формальдегидом. Введенный «хроматиновый потенциал» и фильтрация по пикам BaRDIC эффективно выделяют специфический сигнал. Работа предлагает стратегию для достоверного анализа интерактома: комбинировать отбор РНК по хроматиновому потенциалу с использованием конкордантных контактов из пиков.

Об авторах

Г. К Рябых

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН

Email: ryabykhgrigory@gmail.com
119234 Москва, Россия; 119991 Москва, Россия

А. И Никольская

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН

119234 Москва, Россия; 119991 Москва, Россия

Л. Д Гаркуль

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

119234 Москва, Россия

А. А Миронов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН

119234 Москва, Россия; 119991 Москва, Россия

Список литературы

  1. Mattick, J. S., Amaral, P. P., Carninci, P., Carpenter, S., Chang, H. Y., Chen, L.-L., Chen, R., Dean, C., Dinger, M. E., Fitzgerald, K. A., Gingeras, T. R., Guttman, M., Hirose, T., Huarte, M., Johnson, R., Kanduri, C., Kapranov, P., Lawrence, J. B., Lee, J. T., Mendell, J. T., Mercer, T. R., Moore, K. J., Nakagawa, S., Rinn, J. L., Spector, D. L., et al. (2023) Long non-coding RNAs: definitions, functions, challenges and recommendations, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 24, 430-447, https://doi.org/10.1038/s41580-022-00566-8.
  2. Engreitz, J. M., Pandya-Jones, A., McDonel, P., Shishkin, A., Strokman, K., Surka, C., Kadri, S., Xing, J., Goren, A., Lander, E. S., Plath, K., and Guttman, M. (2013) The Xist lncRNA exploits three-dimensional genome architecture to spread across the X chromosome, Science, 341, 1-8, https://doi.org/10.1126/science.1237973.
  3. Simon, M. D., Wang, C. I., Kharchenko, P. V., West, J. A., Chapman, B. A., Alekseyenko, A. A., Borowsky, M. L., Kuroda, M. I., and Kingston, R. E. (2011) The genomic binding sites of a noncoding RNA, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108, 20497-20502, https://doi.org/10.1073/pnas.1113536108.
  4. Chu, C., Qu, K., Zhong, F. L., Artandi, S. E., and Chang, H. Y. (2011) Genomic maps of long noncoding RNA occupancy reveal principles of RNA-chromatin interactions, Mol. Cell, 44, 667-678, https://doi.org/10.1016/j.molcell.2011.08.027.
  5. Quinn, J. J., Ilik, I. A., Qu, K., Georgiev, P., Chu, C., Akhtar, A., and Chang, H. Y. (2014) Revealing long noncoding RNA architecture and functions using domain-specific chromatin isolation by RNA purification, Nat. Biotechnol., 32, 933-940, https://doi.org/10.1038/nbt.2943.
  6. Mondal, T., Subhash, S., Vaid, R., Enroth, S., Uday, S., Reinius, B., Mitra, S., Mohammed, A., James, A. R., Hoberg, E., Moustakas, A., Gyllenstein, U., Jones, S. J., Gustafsson, C. M., Sims, A. H., Westerlund, F., Gorab, E., and Kanduri, C. (2015) MEG3 long noncoding RNA regulates the TGF-β pathway genes through formation of RNA-DNA triplex structures, Nat. Commun., 6, 1-17, https://doi.org/10.1038/ncomms8743.
  7. Chu, H. P., Clitientes-Rojas C., Kesner, B., Aeby, E., Lee, H.-G., Wei, C., Oh, H. J., Boukhali, M., et al. (2017) TERRA RNA antagonizes ATRX and protects telomeres, Cell, 170, 86-101, https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.06.017.
  8. Sridhar, B., Rivas-Astroza, M., Nguyen, T. C., Chen, W., Yan, Z., Cao, X., Hebert, L., and Zhong, S. (2017) Systematic mapping of RNA-chromatin interactions in vivo, Curr. Biol., 27, 602-609, https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.01.011.
  9. Li, X., Zhou, B., Chen, L., Gou, L. T., Li, H., and Fu, X. D. (2017) GRID-seq reveals the global RNA-chromatin interactome, Nat. Biotechnol., 35, 940-950, https://doi.org/10.1038/nbt.3968.
  10. Bell, J. C., Jukam, D., Teran, N. A., Risca, V. I., Smith, O. K., Johnson, W. L., Skotheim, J. M., Greenleaf, W. J., and Straight, A. F. (2018) Chromatin-associated RNA sequencing (ChAR-seq) maps genome-wide RNA-to-DNA contacts, Elife, 7, e27024, https://doi.org/10.7554/eLife.27024.
  11. Limouse, C., Smith, O. K., Jukam, D., Fryer, K. A., Greenleaf, W. J., and Straight, A. F. (2023) Global mapping of RNA-chromatin contacts reveals a proximity-dominated connectivity model for ncRNA-gene interactions, Nat. Commun., 14, 6073, https://doi.org/10.1038/s41467-023-41848-9.
  12. Yan, Z., Huang, N., Wu, W., Chen, W., Jiang, Y., Chen, J., Huang, X., Wen, X., Xu, J., Jin, Q., Zhang, K., Chen, Z., Chien, S., and Zhong, S. (2019) Genome-wide colocalization of RNA-DNA interactions and fusion RNA pairs, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 116, 3328-3337, https://doi.org/10.1073/pnas.1819788116.
  13. Bonetti, A., Agostini, F., Suzuki, A. M., Hashimoto, K., Pascarella, G., Gimenez, J., Roos, L., Nash, A. J., Ghilotti, M., Cameron, C. J. F., Valentine, M., Medvedeva, Y. A., Noguchi, S., Agirre, E., Kashi, K., Samudyata, Luginbühl, J., et al. (2020) RADICL-seq identifies general and cell type-specific principles of genome-wide RNA-chromatin interactions, Nat. Commun., 11, 1018, https://doi.org/10.1038/s41467-020-14337-6.
  14. Gavrilov, A. A., Zharikova, A. A., Galitsyna, A. A., Luzhin, A. V., Rubanova, N. M., Golov, A. K., Petrova, N. V., Logacheva, M. D., Kantidze, O. L., Ulianov, S. V., Magnitov, M. D., Mironov, A. A., and Razin, S. V. (2020) Studying RNA-DNA interactome by Rec-C identifies noncoding RNAs associated with various chromatin types and reveals transcription dynamics, Nucleic Acids Res., 48, 6699-6714, https://doi.org/10.1093/nar/gkaa457.
  15. Ryabykh, G. K., Mylarshchikov, D. E., Kuznetsov, S. V., Sigorskikh, A. I., Ponomareva, T. Y., Zharikova, A. A., and Mironov, A. A. (2022) RNA-chromatin interactome: What? Where? When? Mol. Biol., 56, 210-228, https://doi.org/10.31857/S002689842202015X.
  16. West, J. A., Davis, C. P., Sunwoo, H., Simon, M. D., Sadreyev, R. I., Wang, P. I., Tolstorukov, M. Y., and Kingston, R. E. (2014) The long noncoding RNAs NEAT1 and MALAT1 bind active chromatin sites, Mol. Cell, 55, 791-802, https://doi.org/10.1016/j.molcell.2014.07.012.
  17. Lieberman-Aiden, E., L. van Berkum, N., Williams, L., Imakaev, M., Ragoczy, T., Telling, A., Amit, I., Lajoie, B. R., Sabo, P. J., Dorschner, M. O., Sandstrom, R., Bernstein, B., Bender, M. A., Groudine, M., Gnirke, A., Stamatoyannopoulos, J., Mirny, L. A., Lander, E. S., and Dekker, J. (2009) Comprehensive mapping of long-range interactions reveals folding principles of the human genome, Science, 326, 289-293, https://doi.org/10.1126/science.1181369.
  18. Hoffman, E. A., Frey, B. L., Smith, L. M., and Auble, D. T. (2015) Formaldehyde crosslinking: a tool for the study of chromatin complexes, J. Biol. Chem., 44, 26404-26411, https://doi.org/10.1074/jbc.R115.651679.
  19. Ryabykh, G. K., Kuznetsov, S. V., Korostelev, Y. D., Sigorskikh, A. I., Zharikova, A. A., and Mironov, A. A. (2023) RNA-Chrom: a manually curated analytical database of RNA-chromatin interactome, Database, 2023, baaa025, https://doi.org/10.1093/database/baaa025.
  20. Mylarshchikov, D. E., Nikolskaya, A. I., Bogomaz, O. D., Zharikova, A. A., and Mironov, A. A. (2024) BaRDIC: robust peak calling for RNA-DNA interaction data, NAR Genom. Bioinform., 6, lgae054, https://doi.org/10.1093/nargab/lgae054.
  21. Alberti, A., Belser, C., Engelen, S., Bertrand, L., Orvain, C., Brinas, L., Cruaud, C., Giraut, L., Silva, C., Firmo, C., Aury, J.-M., and Wincker, P. (2014) Comparison of library preparation methods reveals their impact on interpretation of metatranscriptomic data, BMC Genomics, 15, 912, https://doi.org/10.1186/1471-2164-15-912.
  22. Lin, S.-L., Miller, J. D., and Ying, S.-Y. (2006) Intronic micrORNA (miRNA), J. Biomed. Biotechnol., 2006, 26818, https://doi.org/10.1155/JBB/2006/26818.
  23. Bergeron, D., Faucher-Giguère, L., Emmerichs, A.-K., Choquet, K., Song, K. S., Deschamps-Franceeur, G., Fafard-Couture, E., Rivera, A., Couture, S., Churchman, L. S., Heyd, F., Elela, S. A., and Scott, M. S. (2023) Intronic small nucleolar RNAs regulate host gene splicing through base pairing with their adjacent intronic sequences, Genome. Biol., 24, 160, https://doi.org/10.1186/s13059-023-03002-y.
  24. Nam, J.-W., Choi, S.-W., and You, B.-H. (2016) Incredible RNA: dual functions of coding and noncoding, Mol. Cells, 39, 367-374, https://doi.org/10.14348/moleells.2016.0039.
  25. Machyna, M., and Simon, M. D. (2018) Catching RNAs on chromatin using hybridization capture methods, Brief. Funct. Genomics, 17, 96-103, https://doi.org/10.1093/bfgp/eix038.
  26. Oh, H. J., Aguilar, R., Kesner, B., Lee, H.-G., Kriz, A. J., Chu, H.-P., and Lee, J. T. (2021) Jpx RNA regulates CTCF anchor site selection and formation of chromosome loops, Cell, 184, 6157-6173, https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.11.012.
  27. Clemson, C. M., Hutchinson, J. N., Sara, S. A., Ensminger, A. W., Fox, A. H., Chess, A., and Lawrence, J. B. (2009) An architectural role for a nuclear noncoding RNA: NEAT1 RNA is essential for the structure of paraspeckles, Mol. Cell, 33, 717-726, https://doi.org/10.1016/j.molcel.2009.01.026.
  28. Tripathi, V., Ellis, J. D., Shen, Z., Song, D. Y., Pan, Q., Watt, A. T., Freier, S. M., Bennett, C. F., Sharma, A., Bubulya, P. A., Blencowe, B. J., Prasanth, S. G., and Prasanth, K. V. (2010) The nuclear-retained noncoding RNA MALAT1 regulates alternative splicing by modulating SR splicing factor phosphorylation, Mol. Cell, 39, 925-938, https://doi.org/10.1016/j.molcel.2010.08.011.
  29. Cai, D., and Han, J.-D. J. (2021) Aging-associated IncRNAs are evolutionarily conserved and participate in NFkB signaling, Nat. Aging, 1, 438-453, https://doi.org/10.1038/s43587-021-00056-0.
  30. Merry, C. R., Forrest, M. E., Sabers, J. N., Beard, L., Gao X.-H., Hatzoglou, M., Jackson, M. W., Wang, Z., Markowitz, S. D., and Khalil, A. M. (2015) DNMT1-associated long non-coding RNAs regulate global gene expression and DNA methylation in colon cancer, Hum. Mol. Genet., 24, 6240-6253, https://doi.org/10.1093/hmg/ddv343.
  31. Stitzinger, S. H., Sobrabi-Jahromi, S., and Soding, J. (2023) Cooperativity boosts affinity and specificity of proteins with multiple RNA-binding domains, NAR Genom. Bioinform., 5, lqad057, https://doi.org/10.1093/nargab/lqad057.
  32. Khlebnikov, D. A., Nikolskaya, A. I., Zharikova, A. A., and Mironov, A. A. (2025) Comprehensive analysis of RNA-chromatin, RNA-, and DNA-protein interactions, NAR Genom. Bioinform., 7, lqaf010, https://doi.org/10.1093/nargab/lqaf010.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).