Abstract All multicellular life relies on differential gene expression, determined by regulatory DNA elements and DNA-binding transcription factors that mediate activation and repression via cofactor recruitment. While activators have been extensively characterized, repressors are less well studied and their repressive domains (RDs) are typically unknown, as are the RDs’ properties and the co-repressors (CoRs) they recruit. Here, we develop the high-throughput next-generation-sequencing-based method Repressive-Domain (RD)-seq to systematically identify RDs in complex libraries. Screening more than 200,000 fragments covering the coding sequences of all transcription-related proteins in Drosophila melanogaster , we identify 195 RDs in known repressors and in proteins not previously associated with repression. Many RDs contain recurrent short peptide motifs that are required for RD function, as demonstrated by motif mutagenesis, and are conserved between fly and human. Moreover, we show that RDs which contain one of five distinct repressive motifs interact with and depend on different CoRs, including Groucho, CtBP, Sin3A or Smrter. Overall, our work constitutes an invaluable resource and advances our understanding of repressors, their sequences, and the functional impact of sequence-altering mutations.

Abstract Recruitment of RNA polymerase II (Pol II) to promoter regions is essential for transcription. Despite conflicting evidence, the Pol II Pre-Initiation Complex (PIC) is often thought to be of uniform composition and assemble at all promoters via an identical mechanism. Here, we show using Drosophila melanogaster S2 cells as a model that promoter classes with distinct functions and initiation patterns function via PICs that display different compositions and dependencies: developmental promoter DNA readily associates with the canonical Pol II PIC, whereas housekeeping promoter DNA does not and instead recruit different factors such as DREF. Consistently, TBP and DREF are required by distinct sets of promoters, and TBP and its paralog TRF2 function at different promoter types, partly exclusively and partly redundantly. In contrast, TFIIA is required for transcription from all promoters, and we identify factors that can recruit and/or stabilize TFIIA at housekeeping promoters and activate transcription. We show that promoter activation by these factors is sufficient to induce the dispersed transcription initiation patterns characteristic of housekeeping promoters. Thus, different promoter classes direct distinct mechanisms of transcription initiation, which relate to different focused versus dispersed initiation patterns.