Faktory podobné Kruppelovi - Kruppel-like factors

v molekulární genetika, Rodina transkripčních faktorů typu Krüppel (KLF) jsou souborem eukaryotických C2H2 zinkový prst Proteiny vázající DNA které regulují genová exprese. Tato rodina byla rozšířena, aby zahrnovala také transkriptonový faktor Sp a příbuzné proteiny, tvořící Rodina Sp / KLF.[1]

Členové

Následující lidské geny kódují faktory podobné Kruppelovi:KLF1, KLF2, KLF3, KLF4, KLF5, KLF6, KLF7, KLF8, KLF9, KLF10, KLF11, KLF12, KLF13, KLF14, KLF15, KLF16, KLF17

Následující geny jsou faktory Sp:Sp1, Sp2, Sp3,[2] Sp4, Sp5, Sp6, Sp7, Sp8, a Sp9.

Všimněte si, že ačkoli KLF14 byl alias pro Sp6 (Q3SY56), nyní odkazuje na protein (Q8TD94) odvozený z KLF16 událostí retrotransposonu.[3]

Funkce a vlastnosti

Fylogenetický strom 17 lidských KLF proteinů. Na základě jejich funkčních domén a dalších funkcí jsou rozděleni do tří odlišných skupin. Stupnice je jednotka 100 aminokyselin (aa). Upraveno po McConnell a Yang 2010.[4]

KLF / Sps jsou rodinou transkripčních faktorů, které obsahují tři karboxylové zakončení (C-terminál ) Zinkový prst typu C2H2 strukturální motivy které se vážou na oblasti bohaté na GC v DNA a regulují různé buněčné funkce, jako např proliferace, diferenciace, a apoptóza, jakož i vývoj a homeostáza několika druhů tkání. C-koncový konec se váže na promotér a zesilovač oblasti genu. Každá KLF má také jedinečný amino-terminál (N-terminál ) konec, který funguje jako funkční doména, která mu umožňuje specificky se vázat na určitého partnera. KLF sdílejí podobnou funkci regulace transkripce prostřednictvím náboru regulační proteiny. Tyto transkripční faktory mají konzervovanou strukturní homologii mezi druhy savců, které umožňují podobnou funkci díky podobným motivům proteinové interakce na N-koncových doménách. C-terminální konec je také vysoce konzervovaný, přičemž první i druhý zinkový prst mají 25 aminokyselin, zatímco třetí má 23 aminokyselin. Každý ze tří zinkových prstů rozpoznává tři jedinečné páry bází pro svá vazebná místa pro DNA, která společně tvoří obecnou formu NCR CRC CCN (kde N je jakákoli báze a R je purin). Existují určité důkazy, že pozitivně nabité aminokyseliny ve třech prstech zinku mohou přispět k lokalizaci proteinu v jádře.[5] N-koncový konec umožňuje vázání různých koaktivátory, korepresory, a modifikátory.[4] Všichni členové rodiny sdílejí podpis se zinkovým prstem KLF-DBD z CxxxxCxxxxxxxxxxxxHxxxHxxxxxxxCxxxxCxxxxxxxxxxxxHxxxHxxxxxxxCxxCxxxxxxxxxxxxHxxxH a použijte a 9aaTAD.[3]

KLF jsou rozděleny do tří podskupin; Skupina 1 (KLF 3,8 a 12) jsou represory prostřednictvím interakce s C-terminálním vazebným proteinem 1 a 2 (CtBP1 a CtBP2 ). Skupina 2 (KLF 1,2,4,5,6 a 7) jsou aktivátory transkripce. Skupina 3 (KLF 9,10,11,13,12 a 16) má represorovou aktivitu prostřednictvím interakce se společným transkripčním korepresorem, Sin3A. KLF 15 a 17 jsou vzdáleně příbuzné bez jakýchkoli definovaných motivů proteinové interakce.[4]

Členové rodiny Sp se od té doby lišili od KLF Filozoa. Obvykle jsou rozděleny do dvou skupin Sp1-4 a Sp5-9. Jedním z podpisů je „Btd box“ CxCPxC předcházející KLF-DBD.[3]

Evoluční a biochemické mechanismy

Zajímavá je také proliferace genů KLF, pravděpodobně z KLF předků. V některých případech jsou různí členové rodiny exprimováni v různých tkáních. První KLF, KLF1, původně známý jako Erythroid KLF (EKLF), je exprimován pouze v červených krvinkách a megakaryocyty. Řídí diferenciaci červených krvinek a potlačuje tvorbu megakaryocytů. Zdá se, že vznikl jako člen rodiny KLF, který má v těchto dvou rodových liniích zvláštní roli.[6] Ostatní KLF jsou vyjádřeny obecněji a existují interakce mezi členy rodiny. KLF3 například je řízen KLF1 jak je KLF8.[7] Na druhou stranu, KLF3 potlačuje KLF8. Taková křížová regulace se vyskytuje značně v rodinách transkripčních faktorů. Mnoho genů transkripčních faktorů reguluje své vlastní promotory a když se gen během evoluce duplikuje, často dochází ke křížové regulaci. Křížová regulace může zajistit, aby bylo sledováno a kontrolováno celkové množství KLF v buňce.

A konečně biologické role KLF mají velký zájem. KLF1 je velmi důležitým faktorem v biologii červených krvinek. Přirozeně se vyskytující lidské mutace v KLF1 genu byly spojeny s de-represí genu fetálního globinu.[8] KLF2 (původně Lung KLF[9] ) má také roli v embryonální globin genová exprese,[10] stejně jako KLF3 (původně Basic KLF). KLF3 má také roli v tvorbě adipocytů nebo tuků a v B lymfocytech. Nedávno se ukázalo, že KLF3 je důležitý ve vývoji srdce. KLF4 (původně Gut KLF) je důležitým genem ve střevech a kůži, ale v poslední době se proslavil jako jeden z čtyři geny které mohou přeprogramovat buňky těla tak, aby se staly kmenovými buňkami. [KLF4] je jedním z takzvaných magických čtyř transkripčních faktorů, KLF4, 4. října, Sox2 a Myc. KLF5, jako KLF3, je důležitý v adipocytech[11] a KLF6 je důležitý tumor supresorový gen, který je často mutován v rakovině prostaty.[12]

Krüppelův faktor 3

KLF3 má krátký motiv na N-konci (ve formě Proline-Isoleucine-Aspartate-Leucine-Serine nebo PIDLS), který rekrutuje CtBP1 a 2.[13] CtBP zase rekrutuje histon modifikující enzymy. Přináší histonové deacetylázy, histonové demetylázy a histonové methylázy, o nichž se předpokládá, že odstraňují aktivní chromatinové značky a ukládají represivní značky k eliminaci genové exprese.

Krüppelovy faktory 4 a 5

Klf4, známý také jako faktor obohacený střevem Krüppel (GKLF), působí jako transkripční aktivátor nebo represor v závislosti na kontextu promotoru a / nebo spolupráci s dalšími transkripčními faktory. Například Klf4 transaktivuje the iNOS promotér ve spolupráci s p65 (RelA ) a p21Cip1 Promotér Waf1 ve spolupráci s p53, ale přímo potlačuje promotor p53 a inhibuje dekarboxylázu ornithinu (ODC ) aktivita promotoru soutěžit se specificitou proteinu-1 (Sp-1 ). Klf4 také interaguje s p300 / CBP transkripční koaktivátory. Klf5, také známý jako střevně obohacený faktor podobný Krüppelovi (IKLF) nebo protein vázající základní transkripční prvek 2 (Bteb2), byl přiřazen čistě transkripční aktivační aktivitou, ale podobně jako Klf4 váže p300, který acetyluje první zinkový prst, který uděluje trans- aktivační funkce. Důležité je, že pro Klf4 a Klf5 jsou aminokyseliny, u nichž se předpokládá interakce s DNA, identické a tyto dvě soutěží o stejný CACCC prvek nebo sekvenci bohaté na GC oblasti promotoru genu, aby regulovaly buněčnou proliferaci nebo diferenciačně povznesenou genovou expresi. Klf4 a Klf5 mohou působit antagonisticky během buněčné proliferace, diferenciace a aktivace promotoru, a to buď přímou konkurencí, nebo změnami vlastní genové exprese. Exprese Klf4 v terminálně diferencovaných postmitotických intestinálních epiteliálních buňkách na rozdíl od proliferujících kryptových buněk, které obsahují vysoké hladiny Klf5, je jedním příkladem takových protichůdných účinků. Klf4 inhibuje proliferaci aktivací p21Cip1 / Waf1 a přímým potlačením cyklin D1 a cyklin B1 genová exprese. Oba proteiny Klf4 a Klf5 působí na promotor Klf4, kde Klf4 zvyšuje expresi a Klf5 snižuje expresi mRNA Klf4. The Wnt /APC signální dráha také hraje důležitou roli v regulaci exprese KLF4. LOH, bodové mutace v kódující oblasti a hypermethylace promotoru jsou hlavními příčinami umlčení genu klf4.

V cévním systému

Klf4 je nadměrně regulován při cévním poranění. Dramaticky potlačuje aktivaci genové exprese vyvolanou SRF / myokardinem a přímo inhibuje expresi genu myokardinu v cévní hladký sval buňky (VSMC), a tím inhibuje přechod na proliferativní fenotyp. Kromě toho byl Klf4 identifikován jako antiproliferativní gen reagující na stresový stres a nucená nadměrná exprese Klf4 ve VSMC indukuje zastavení růstu. Klf4 proto může být důležitým ochranným faktorem při chorobných stavech ovlivněných smykovým stresem, jako je např trombóza, restenóza a ateroskleróza. Klf4 také zprostředkovává vaskulární reakci na oxid dusnatý (NO) aktivací promotorů indukovatelné syntázy oxidu dusnatého (iNOS) v endoteliálních buňkách a proteinkináze 1α závislé na cGMP / protein kináza G 1α (PKG 1α ) ve VSMC. PKG 1α je aktivován NO a zprostředkovává relaxaci VSMC. Tento trans-aktivační účinek Klf4 na promotor PKG la je inhibován polymerací aktinu vyvolanou RhoA, pravděpodobně prostřednictvím regulace G-aktinu koaktivátoru nebo kopresoru Klf4. RhoA signální dráhy a aktivace RhoA se podílejí na hypertenzi a zvýšené vaskulární rezistenci, což lze do určité míry vysvětlit touto interakcí s Klf4 a jejími účinky na reakci na NO. Klf5 nemá žádný účinek na promotor PKG la, ačkoli proteinová exprese a nukleární lokalizace Klf5 byly podobné jako u Klf4.

V myokardu

O Klfs v myokardu je známo jen málo. Klf5 aktivuje promotor růstového faktoru odvozeného z trombocytového agonisty (PDGFA ) v srdci fibroblasty faktor dříve identifikovaný jako upregulovaný ET-1 a heterozygoti transgenních myší Klf5 +/- (popsané výše) vykazovali méně srdeční fibróza a hypertrofie při stimulaci pomocí angiotensin II ve srovnání s kontrolami. Samotný Klf5 je regulován okamžitým časným genem egr-1 ve VSMC, který, pokud je podobně regulován v kardiomyocytu, dává Klf5 potenciálně v pozici, aby koordinoval akutní reakci na vnější stres a remodelaci tkání v myokard.

V genomovém inženýrství

Pochopení struktury a funkce KLF informovalo o návrhu faktorů umělého přepisu. Mohou být vytvořeny prsty z umělého zinku, aby rozpoznaly vybraná místa v DNA a umělé funkční domény mohou být přidány buď k aktivaci, nebo k potlačení genů obsahujících tato místa.

Reference

  1. ^ Fernandez-Zapico ME, Lomberk GA, Tsuji S, DeMars CJ, Bardsley MR, Lin YH a kol. (Duben 2011). „Funkční screening celé rodiny SP / KLF proteinů identifikuje podmnožinu supresorů buněčného růstu zprostředkovaného KRAS“. The Biochemical Journal. 435 (2): 529–37. doi:10.1042 / BJ20100773. PMC  3130109. PMID  21171965.
  2. ^ Essafi-Benkhadir K, Grosso S, Puissant A, Robert G, Essafi M, Deckert M a kol. (2009). „Dvojí role transkripčního faktoru Sp3 jako induktoru apoptózy a markeru agresivity nádoru“. PLOS ONE. 4 (2): e4478. Bibcode:2009PLoSO ... 4.4478E. doi:10.1371 / journal.pone.0004478. PMC  2636865. PMID  19212434.
  3. ^ A b C Presnell JS, Schnitzler CE, Browne WE (červenec 2015). „Vývoj rodiny transkripčních faktorů KLF / SP: expanze, diverzifikace a inovace v eukaryotech“. Biologie genomu a evoluce. 7 (8): 2289–309. doi:10.1093 / gbe / evv141. PMC  4558859. PMID  26232396.
  4. ^ A b C McConnell BB, Yang VW (říjen 2010). "Savčí faktory podobné Krüppelům ve zdraví a nemocech". Fyziologické recenze. 90 (4): 1337–81. doi:10.1152 / physrev.00058.2009. PMC  2975554. PMID  20959618.
  5. ^ Pandya K, Townes TM (květen 2002). „Základní zbytky ve vazebných doménách DNA se zinkovým prstem Kruppel jsou kritickými determinanty nukleární lokalizace EKLF / KLF-1“. The Journal of Biological Chemistry. 277 (18): 16304–12. doi:10,1074 / jbc.M200866200. PMID  11844803.
  6. ^ Miller IJ, Bieker JJ (květen 1993). „Nový myší transkripční faktor specifický pro erytroidní buňky, který se váže na prvek CACCC a souvisí s rodinou jaderných proteinů Krüppel“. Molekulární a buněčná biologie. 13 (5): 2776–86. doi:10,1128 / mcb.13.5.2776. PMC  359658. PMID  7682653.
  7. ^ Eaton SA, Funnell AP, Sue N, Nicholas H, Pearson RC, Crossley M (říjen 2008). „Síť faktorů podobných Krüppelovi (Klfs). Klf8 je potlačován Klf3 a aktivován Klf1 in vivo“. The Journal of Biological Chemistry. 283 (40): 26937–47. doi:10,1074 / jbc.M804831200. PMC  2556010. PMID  18687676.
  8. ^ Borg J, Patrinos GP, Felice AE, Philipsen S (květen 2011). „Erytroidní fenotypy spojené s mutacemi KLF1“. Haematologica. 96 (5): 635–8. doi:10.3324 / haematol.2011.043265. PMC  3084906. PMID  21531944.
  9. ^ Anderson KP, Kern CB, Crable SC, Lingrel JB (listopad 1995). „Izolace genu kódujícího funkční protein zinkového prstu homologní s faktorem podobným erytroidnímu Krüppelovi: identifikace nové multigenní rodiny“. Molekulární a buněčná biologie. 15 (11): 5957–65. doi:10.1128 / mcb.15.11.5957. PMC  230847. PMID  7565748.
  10. ^ Basu P, Morris PE, Haar JL, Wani MA, Lingrel JB, Gaensler KM, Lloyd JA (říjen 2005). „KLF2 je nezbytný pro primitivní erytropoézu a reguluje lidské a myší embryonální beta-podobné globinové geny in vivo“. Krev. 106 (7): 2566–71. doi:10.1182 / krev-2005-02-0674. PMC  1895257. PMID  15947087.
  11. ^ Oishi Y, Manabe I, Tobe K, Tsushima K, Shindo T, Fujiu K a kol. (Leden 2005). „Transkripční faktor podobný Krüppel KLF5 je klíčovým regulátorem diferenciace adipocytů“. Buněčný metabolismus. 1 (1): 27–39. doi:10.1016 / j.cmet.2004.11.005. PMID  16054042.
  12. ^ Narla G, Heath KE, Reeves HL, Li D, Giono LE, Kimmelman AC a kol. (Prosinec 2001). "KLF6, kandidátní tumor supresorový gen mutovaný v rakovině prostaty". Věda. 294 (5551): 2563–6. Bibcode:2001Sci ... 294.2563N. doi:10.1126 / science.1066326. PMID  11752579. S2CID  31619019.
  13. ^ Turner J, Crossley M (září 1998). „Klonování a charakterizace mCtBP2, corepresoru, který se asociuje se základním faktorem podobným Krüppel a dalšími regulačními transkripčními systémy savců“. Časopis EMBO. 17 (17): 5129–40. doi:10.1093 / emboj / 17.17.5129. PMC  1170841. PMID  9724649.

externí odkazy