Enhancer und Super-Enhancer haben eine äquivalente regulatorische Rolle in embryonalen Stammzellen durch Regulierung einzelner oder mehrerer Gene

Transkriptions-Enhancer sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der zelltypspezifischen Genexpression und für die Steuerung von Zellschicksalsänderungen während der Entwicklung. Hochtranskribierte Gene sind oft mit einem Cluster einzelner Enhancer verbunden, wie sie in Locus-Kontrollregionen vorkommen. Kürzlich wurden diese als Stretch-Enhancer oder Super-Enhancer bezeichnet, von denen vorhergesagt wurde, dass sie kritische Gene der Zellidentität regulieren. Wir verwendeten einen durch CRISPR/Cas9 vermittelten Löschansatz, um die Funktion mehrerer Enhancer-Cluster (ECs) und isolierter Enhancer in embryonalen Stammzellen (ES-Zellen) von Mäusen zu untersuchen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Auswirkungen der Löschung von ECs, die auch als Super-Enhancer der ES-Zellen klassifiziert sind, hochvariabel sind, was zu einer Reduktion der Zielgenexpression von 12% bis zu 92% führt. Partielle Löschungen dieser ECs, die nur einen Enhancer oder einen Subcluster von Enhancern entfernten, zeigten eine teilweise redundante Kontrolle des regulierten Gens durch mehrere Enhancer innerhalb des größeren Clusters. Viele hochtranskribierte Gene in ES-Zellen sind nicht mit einem Super-Enhancer verbunden; darüber hinaus ignorieren Super-Enhancer-Vorhersagen 81% der potenziell aktiven regulatorischen Elemente, die durch das Co-Binden von fünf oder mehr pluripotenzassoziierten Transkriptionsfaktoren vorhergesagt werden. Die Löschung dieser zusätzlichen Enhancer-Regionen zeigte ihre robuste regulatorische Rolle in der Gen-Transkription. Darüber hinaus wurden ausgewählte Super-Enhancer und Enhancer identifiziert, die Cluster von paralogen Genen regulierten. Wir schließen daraus, dass während ein robuster transkriptioneller Output durch einen isolierten Enhancer erreicht werden kann, Cluster von Enhancern, die auf ein gemeinsames Zielgen wirken, in einer teilweise redundanten Weise agieren, um den transkriptionellen Output ihrer Zielgene fein abzustimmen.