Grip on DNA

Grip on DNA

For plants that reproduce trough flowering, a proper formation of these flowers is essential. One of the important proteins in this process is LEAFY, a gene on/off switching protein. LEAFY regulates genes needed for flower formation. LEAFY can turn on some of these by itself, but for others LEAFY needs a helping hand. One of these helpers is UFO. Long, it was unclear how UFO helps LEAFY because UFO is not a gene on/off switching protein itself. But now researchers from France have found out how UFO helps LEAFY

UFO has one clearly identifiable domain: an F-box. As a rule proteins with an F-box are part of the labelling machine that marks proteins for degradation. UFO is even part of those F-box proteins for which this function was deciphered. Not strange to think that the help that UFO gives LEAFY is in the form of labelling proteins for degradation. But this turned out not to be the case.

The researchers analysed if the F-box part of the UFO protein was needed for the help that UFO gave LEAFY. UFO and LEAFY together turn on the genes for which UFO is needed, without UFO LEAFY could not switch those genes on. But UFO without its F-box helped LEAFY just as well as. The F-box was not needed, UFO was not helping through marking genes for degradation

UFO is literary helping LEAFY to get grip on the DNA

But what was UFO doing to help LEAFY. To find out, the researchers zoomed in on the region of the gene were the binding of gene on/off switches takes places. Here they observed that UFO, but not LEAFY bound to the DNA, although LEAFY is needed to turn on the genes. The binding of UFO to the DNA was depended on the nucleotide order. Changing this caused UFO to no longer bind to the DNA. Therefore, UFO was needed for LEAFY to bind to the UFO-specific regions on the DNA

UFO is literary helping LEAFY to get grip on the DNA of the genes they turn on together. In this way UFO helps LEAFY to distinguish between the genes it can turn on. Making it possible that a single master switch like LEAFY can be responsible for the formation of something so complex like a flower.

Literature

Philippe Rieu, Laura Turchi, Emmanuel Thévenon, Eleftherios Zarkadas, Max Nanao, Hicham Chahtane, Gabrielle Tichtinsky, Jérémy Lucas, Romain Blanc-Mathieu, Chloe Zubieta, Guy Schoehn & François Parcy (2023) The F-box protein UFO controls flower development by redirecting the master transcription factor LEAFY to new cis-elements. Nature Plants. https://doi.org/10.1038/s41477-022-01336-2

Grip op DNA

Grip op DNA

Voor planten die zich via bloemen voortplanten is goede vorming van deze bloemen essentieel. Master regelaar hierin is LEAFY, een gen aan/uitzetter. LEAFY reguleert genen die nodig zijn voor het vormen van een bloem. Sommige daarvan kan LEAFY zonder hulp aanzetten, maar voor anderen is een helpende hand nodig. Een van die hulpjes is UFO. Omdat UFO geen gen aan/uitzetter is, was voor lange tijd niet duidelijk hoe UFO LEAFY helpt. Maar nu hebben Franse onderzoekers dit uitgezocht.

UFO heeft een duidelijk herkenbaar domein: een F-box. Eiwitten met een F-box nemen in de regel deel aan een label-machine die eiwitten markeert voor afbraak. UFO behoort zelfs tot de groep F-box eiwitten waarbij deze functie was geobserveerd. Niet gek om dan te denken dat de hulp die LEAFY van UFO krijgt in de vorm van eiwitten gelabeld voor afbraak is. Niets bleek minder waar.

UFO helpt LEAFY letterlijk grip op het DNA te krijgen

De onderzoekers analyseerde of het F-box gedeelte van UFO nodig was voor de help die UFO aan LEAFY geeft. UFO en LEAFY samen zette de genen aan waarvoor UFO nodig was. Zonder UFO lukte dit niet. Maar UFO zonder F-box kon LEAFY ook helpen. De F-box was dus niet nodig, UFO hielp dus niet door eiwitten te labelen voor afbraak.

Wat deed UFO dan wel. De onderzoekers zoomde in op de regio waar gen aan/uitzetters aan het DNA binden. Hier, zo zagen de onderzoekers, bond UFO maar niet LEAFY aan het DNA van genen, al is LEAFY nodig om ze aan te zetten. De binding van UFO was afhankelijk van de nucleotiden volgorde. Veranderde de onderzoekers deze dan kon UFO er ook niet binden. Daarom was UFO nodig zodat LEAFY op UFO-specifieke plekken van het DNA kon binden.

UFO helpt LEAFY dus letterlijk grip te krijgen op het DNA van de genen die ze samen aanzetten. Op deze manier helpt UFO LEAFY onderscheid te maken tussen de genen die het aan kan zetten. Zo kan een master-regelaar zoals LEAFY verantwoordelijk zijn voor het vormen van zoiets complex zoals een bloem.

Literatuur

Philippe Rieu, Laura Turchi, Emmanuel Thévenon, Eleftherios Zarkadas, Max Nanao, Hicham Chahtane, Gabrielle Tichtinsky, Jérémy Lucas, Romain Blanc-Mathieu, Chloe Zubieta, Guy Schoehn & François Parcy (2023) The F-box protein UFO controls flower development by redirecting the master transcription factor LEAFY to new cis-elements. Nature Plants. https://doi.org/10.1038/s41477-022-01336-2

Gene expression, a case of regulation

Gene expression, a case of regulation

Expression of genes is regulated on multiple levels. Well known of these are the transcription factors, gene on/off switches. In addition, accessibility of the DNA determines if a gene can be transcribed or not. Moreover, there is regulation at the RNA level. Determining if and which part of the gene may be translated into a protein. Then there are long-non-coding RNAs, those interfere with transcription, mostly causing lower or stopping of the transcription. All by all a whole arsenal of possibilities to precisely regulate gene transcription. Now Polish researchers found a new kind of regulator.

The research started with studying the delayed germination of seeds grown in a salty environment. The researchers studied plants with and without the DOG1, a gene that delays germination. When salt was present, seeds with the DOG1 gene germinated slower than they normally would. But this was not the case in plants without a DOG1 gene. While seeds that made extra DOG1 proteins germinated extra slow.

This way of regulation was unknown till now

Subsequently the researchers analysed the gene expression during the germination in a salty environment. Here the noticed something out of the ordinary. On the DNA the region in front of the DOG1 gene showed a strong expression during salt stress. Only, no known genes were located on this part of the DNA. After analysis it turned out that this region of the DNA encoded multiple long-non-coding RNAs, which the researchers named PUPPIES.

Now the big question was: What does PUPPIES do? The researchers observed that PUPPIES is turned on when there is salt stress. And when PUPPIES is on, then DOG1 is also turned on. But this is not the case the other way around. DOG1 is also turned on during heat stress, but not PUPPIES. More transcription of PUPPIES results in more transcription of DOG1 during salt stress.

It turns out that the higher transcription of PUPPIES causes more molecules of polymerase II (the enzyme that transcribes the DNA into RNA) to accumulate at the start site of the DOG1 gene. This in turn results in more transcripts of the DOG1 gene, and subsequently in a delay in germination. This way of regulation was unknown till now. So can the studying the delay of germination during salt stress led to the discovery of a new way of gene regulation.

Literature

Miguel Montez, Maria Majchrowska, Michal Krzyszton, Grzegorz Bokota, Sebastian Sacharowski, Magdalena Wrona, Ruslan Yatusevich, Ferran Massana, Dariusz Plewczynski, and Szymon Swiezewski (2023) Promoter-pervasive transcription causes RNA polymerase II pausing to boost DOG1 expression in response to salt. The EMBO Journal e112443 https://doi.org/10.15252/embj.2022112443

Genexpressie een kwestie van regulatie

Genexpressie een kwestie van regulatie

Expressie van genen is gereguleerd op meerdere niveaus. Het bekendste hiervan zijn de transcriptie factoren, gen aan/uitzetters. Daarnaast bepaald de toegankelijkheid van het DNA of een gen kan worden afgelezen of niet. Ook is regulatie op RNA-niveau bepalend of en welk gedeelte van het gen omgezet mag worden in eiwit. Dan zijn er ook nog long-non-coding RNAs die zich bemoeien met de transcriptie zelf, veelal zorgend dat deze vertraagd of stopt. Kortom een heel arsenaal aan mogelijkheden om heel precies de expressie te reguleren. Nu hebben Poolse onderzoekers een nieuw soort regulator gevonden.

Het onderzoek begon met het bestuderen van wat de ontkieming van zaden vertraagt in een omgeving met veel zout. Daarvoor keken ze naar planten met en zonder gen DOG1, dat ontkieming vertraagt. In de aanwezigheid van zout ontkiemen planten met het DOG1 langzamer dan normaal. Maar dit was niet het geval in planten zonder het DOG1 gen. Terwijl zaden van planten die meer DOG1 eiwit aanmaken er juist nog langer erover doen.

Deze manier van reguleren was nog onbekend

Vervolgens keken de onderzoekers naar de expressie van de genen tijdens het ontkiemen in een omgeving met veel zout. En daar zagen ze iets opvallends. De regio op het DNA voor het DOG1 gen vertoonde een sterke expressie wanneer er spraken was van zout stress. Alleen zat daar geen bekend gen. Na analyse bleek dat dit stuk DNA meerdere long-non-coding RNAs te coderen, welke de onderzoekers PUPPIES noemde.

Nu was de grote vraag: wat doet PUPPIES? De onderzoekers zagen dat PUPPIES aanstaat wanneer er zout stress is. En staat PUPPIES aan dan staat DOG1 ook aan. Al is dat andersom niet het geval. DOG1 gaat ook aan wanneer er spaken is van hitte stress, maar PUPPIES blijven dan slapen. Meer transcriptie van PUPPIES zorgt dus voor meer transcriptie van DOG1 gedurende zout stress.

Het bleek dat de hogere transcriptie van PUPPIES ervoor zorgt dat meer moleculen polymerase II (het enzym dat de DNA-transcriptie in RNA verzorgd) bij het begin van het DOG1 gen komen. Wat uiteindelijk meer transcripties van het DOG1 gen maakt, en zo voor vertraging in zaad ontkieming zorgt. Deze manier van reguleren was nog niet bekend. Zo heeft onderzoek naar ontkieming gedurende zout stress ervoor gezorgd dat er een nieuwe manier van genregulatie is ontdekt.

Literatuur

Miguel Montez, Maria Majchrowska, Michal Krzyszton, Grzegorz Bokota, Sebastian Sacharowski, Magdalena Wrona, Ruslan Yatusevich, Ferran Massana, Dariusz Plewczynski, and Szymon Swiezewski (2023) Promoter-pervasive transcription causes RNA polymerase II pausing to boost DOG1 expression in response to salt. The EMBO Journal e112443 https://doi.org/10.15252/embj.2022112443