Novel insights into human RNA polymerase III transcription: non canonical termination and biogenesis of potential regulatory RNAs

Abstract

Transcription by human RNA polymerase III has been studied extensively to date, but many processes still need to be fully elucidated to get a more comprehensive picture. Here, we redefined the minimal sequence requirements for human RNA polymerase III termination and we investigated a novel kind of post-transcriptional gene silencing carried out by antisense AluRNAs derived from the 3’-UTR of human mRNAs. Starting from the observation that ̴ ¼ of human tRNA genes are enriched in canonical terminators located at ≥50 bp from the 3’-end of the tRNA coding sequence, we identified several novel non canonical terminators located further upstream at which RNA polymerase III terminates with different efficiencies, generally lower than those observed for termination at the canonical ≥T4 sites. Considering that more than one million of type 2 promoter elements are scattered through the human genome (tDNAs, Alu, MIR, etc), read-through at non-canonical sites could end up in the biogenesis of primary RNAs, with potential regulatory functions as previously observed for RNA polymerase III-derived miRNA, embedded in the 3’trailer of predicted type 2 promoter transcripts. Relaxed RNA polymerase III terminators could thus represent the evolution of a more sophisticated regulatory mechanism for the biogenesis of small RNAs. Additionally, we found that an antisense AluY RNA, transcribed from the 3’UTR of TERF2 mRNA is likely to trigger the silencing of its cognate mRNA by targeting its complementary sequence and speculated that the target specificity resides in its unique 3’trailer.

La trascrizione da parte della RNA polimerasi III umana è stata studiata estesamente negli ultimi anni, ma l’impressione è che molti processi debbano ancora essere chiariti. Nel presente lavoro abbiamo ridefinito i requisiti minimi di sequenza per avere terminazione da parte della RNA polimerasi III umana e investigato un nuovo modello di silenziamento genico post-trascrizionale mediato da Alu RNA antisenso trascritti dalla 3’UTR di mRNA umani. Partendo dall’osservazione che circa un quarto dei geni umani codificanti tRNA è arricchito in terminatori canonici posizionati a più di 50 pb dall’ estremità 3’ del tRNA maturo, abbiamo identificato nuovi terminatori non canonici, situati più a monte, a livello dei quali la RNA polimerasi III termina diversamente e con efficienza inferiore rispetto a quanto osservato al terminatore canonico ≥T4. Considerando che il genoma umano contiene più di un milione di promotori di tipo 2 (tDNAs, Alu, MIR, etc), il parziale riconoscimento di terminatori non canonici e la conseguente trascrizione di sequenze a valle potrebbe risultare nella sintesi di RNA, situati nel 3’trailer, con possibili funzioni regolative come già osservato nel caso di miRNA trascritti dalla RNA polimerasi III. L’uso di terminatori più deboli da parte della RNA polimerasi III umana potrebbe quindi rappresentare lo sviluppo di un sofisticato meccanismo regolativo finalizzato alla biogenesi di piccoli RNA. In secondo luogo, abbiamo scoperto che un AluY RNA antisenso, trascritto come parte della 3’UTR di TERF2 mRNA, è in grado di indurre il silenziamento del corrispondente mRNA e ipotizzato che la specificità nei confronti del proprio bersaglio risieda nel 3’trailer dell’Alu RNA.