Panorama transcricional sob controle da proteína LIMYB, um componente da via de defesa antiviral mediada por NIK1

Abstract

A proteína LIMYB (L10-interacting MYB domain-containing protein) foi recentemente identificada como um componente downstrean da via de sinalização antiviral mediada pelo receptor NIK1 (Nuclear shuttle protein- interacring kinase 1). Diante da ativação de NIK1, LIMYB interage com RPL10 para reprimir a expressão de genes de proteínas ribossomais, levando a supressão global de tradução. Exceto pelos genes de proteínas ribossomais que são regulados por LIMYB, os demais alvos diretos de LIMYB em escala genômica não foram ainda determinados. Para determinar possíveis genes controlados por LIMYB e compreender sua função no desenvolvimento e nos processos coordenados pela regulação da tradução, foi avaliado o perfil transcricional de plantas overexpressando LIMYB, por RNA-seq e ChIP-seq. Nas análises por RNA-seq, foram identificados 2351 genes diferencialmente expressos, sendo que 1246 genes down regulados e 1105 genes up regulados, em plantas expressando ectopicamente LIMYB. Os estudos de ontologia gênica demonstraram que a categoria funcional mais enriquecida entre genes down regulados, de fato pertence aos constituintes ribossomais, enquanto que para genes up regulados foi notada uma categoria associada a resposta de níveis de nutrientes. Nas análises de ChIP-seq, o DNA associado à proteína foi fragmentado, imunoprecipitado e sequenciado, permitindo uma avaliação dos locais de ligação de LIMYB ao DNA nos respectivos genes sob controle da proteína. A análise integrativa de ChIP-seq e RNA-seq identificou 156 genes down regulados e destes, os constituintes ribossomais foram o grupo mais afetado, seguido por categorias relacionadas a metabolismo celular de aldeídos, fotossíntese e tradução. Nestas diversas categorias, foi possível identificar genes reprimidos por LIMYB e que também participam de processos de infecção viral, expandindo a atividade antiviral de LIMYB. Entre os genes reprimidos por LIMYB, foram identificados componentes chaves do aparato fotossintético sugerindo que LIMYB pode funcionar como um molecular link que sincroniza supressão de tradução e inibição de fotossíntese. Já no conjunto de genes up regulados, a categoria relacionada a transporte de ânions foi a mais enriquecida, seguida por categorias relacionadas a escassez de determinados compostos como fosfato e na resposta a estímulos internos e externos. A partir dos genes diferencialmente expressos para compreender sua função no desenvolvimento e nos processos coordenados a regulação da tradução na intercessão dos experimentos de ChIP-seq e RNA-seq, foram encontrados em maior significância 3 sequencias consensos, CAAAC, AAGAAA e ATATATA. A interação de LIMYB com promotores, reprimindo e ativando genes alvo, foi elucidada neste trabalho, através de análise de cobertura (co-localização RNA- seq/ChIP-seq), representando a proximidade dos picos com os respectivos genes, e pelo mapeamento das sequencias consensos nos promotores escolhidos. Estes resultados permitem uma melhor compreensão da função de LIMYB como um regulador capaz de gerenciar processos celulares em função da inibição da tradução global, durante o desenvolvimento e na defesa antiviral.

LIMYB (L10-interacting MYB domain-containing protein) was recently identified as a downstream component of the NIK1 (Nuclear shuttle protein-interacting kinase 1)-mediated antiviral signaling. Upon NIK1 activation, LIMYB interacts with RPL10 to repress the expression of ribosomal protein genes, leading to the global translation suppression. Apart from the LIMYB-mediated regulation of RP genes, the genome-wide direct target genes of LIMYB are unknown. To identify genes controlled by LIMYB towards understanding LIMYB function in development and in processes coordinated by translation regulation, we carried out a transcriptional profiling of LIMYB-overexpressing plants by RNA-seq and ChIP-seq. RNA-seq analyses revealed 1246 down-regulated genes and 1105 up- regulated genes in LIMYB-overexpressing plants. Gene enrichment analysis, based on gene ontology, demonstrated that the ribosomal constituent category was the most-enriched down-regulated functional term, whereas the most- enriched up-regulated term was associated with response to nutrient levels. For the chip-seq analysis, the DNA associated with the protein was fragmented, immunoprecipitated and sequencing, allowing the location of LYMIB association with DNA on the respective genes under control of LIMYB. The integrative analysis between ChIP-seq and RNA-seq identified 156 down-regulated genes, from which the ribosomal constituents were the group more affected, followed by categories related to aldehyde metabolism, photosynthesis and translation. Within these categories, we identified LIMYB-repressed genes unrelated to translation that also participate in viral infections, expanding the antiviral activity of LIMYB. Among the LIMYB-repressed genes, we also identified key components of the photosynthetic apparatus, suggesting that LIMYB may function as a molecular link, which synchronizes translation suppression and photosynthesis inhibition. Within the up-regulated genes, the anion transport term was the most enriched category, followed by phoshate deprivation-related category and response to internal and external stimuli. By analyzing the set of differentially expressed genes also found in ChIP-seq, the three consensus sequences CAAAC, AAGAAA and ATATATA were identified as the top-scoring motifs. The interaction of LIMYB with promoters, repressing and activating target genes, was elucidated by the coverage analysis (co-localization RNA-seq/ChIP- seq), mapping peaks from ChIP-seq and heats from RNA-seq within the gene locus. These results allowed a better understanding of the LIMYB function as a regulator of cell processes related to suppression of global translation, during development and antiviral defense.