Białka FoxA są pionierskimi czynnikami transkrypcyjnymi, jednymi z pierwszych wiążących domeny chromatyny w rozwoju. domeny chromatyny w rozwoju i umożliwiają aktywność genów. Domena wiążąca DNA strukturalnie przypomina histon łącznikowy i stabilnie wiąże nukleosomy. Wykorzystując odzysku fluorescencji po fotobieleniu, odkryliśmy, że FoxA1 i FoxA2 poruszają się znacznie wolniej w jądrach niż inne typy czynników transkrypcyjnych, w tym c-Myc, GATA-4, NF-1 i HMGB1. Stwierdziliśmy, że wolniejsza ruchliwość jądrowa koreluje z wysokim niespecyficznym wiązaniem nukleosomów, a mutacje punktowe, które zakłócają niespecyficzne wiązanie znacznie zwiększają ruchliwość jądrową. Odrębna ruchliwość jądrowa FoxA jest zgodna z jego pionierską aktywnością w chromatynie. --- Istnieje hierarchia, dzięki której czynniki transkrypcyjne mogą angażować swoje miejsca docelowe w chromatynie. w chromatynie, w tym sensie, że podzbiór czynników może wiązać transkrypcyjnie transkrypcyjnie, nukleosomalne DNA, podczas gdy większość czynników nie może, a ta hierarchia jest odzwierciedlona, przynajmniej częściowo, w funkcji rozwojowej czynników. Na przykład Na przykład czynniki transkrypcyjne posiadające domenę wiążącą DNA Forkhead box (Fox) zawierają ogólny fałd przypominający histon łącznikowy, a zatem są struktury, aby wiązać DNA, specyficznie dla miejsca, w kontekście nukleosomalnym. Gdzie czynniki Fox wiążą się na wczesnym etapie aktywacji rozwojowej lub fizjologicznej docelowych genów, umożliwiając w ten sposób wiązanie innych czynników, które nie mogą angażować chromatyny na własną rękę. Aby zbadać podstawę wczesnego wiązania chromatyny wiązania chromatyny, wykorzystaliśmy odzyskiwanie fluorescencji po fotobieleniu (FRAP) do przeanalizować mobilność czynników FoxA w żywym jądrze komórkowym w porównaniu do histonów łącznikowych i innych czynników transkrypcyjnych. Następnie przeanalizowaliśmy czynniki pod kątem ich zdolności do wiązania się z chromatyną w mitozie, a tym samym służą jako znaczniki epigenetyczne. Wyniki wskazują, że "pionierskie" cechy czynników FoxA obejmują różne parametry wiązania chromatyny obserwowane w histonach łącznikowych i które rozróżniają czynniki w odniesieniu do ich funkcji regulacyjnych i mechanistycznych. funkcji. --- Technologia indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC) jest obiecującym podejściem do przekształcania jednego typu zróżnicowanych komórek w inny typ zróżnicowanych komórek poprzez stan pluripotencjalny jako etap pośredni. Ostatnie badania, wskazują jednak na możliwość bezpośredniego przekształcania jednego typu komórek w inny inny bez przechodzenia przez stan pluripotencjalny. To bezpośrednie przeprogramowanie jest zależne od kombinacji wysoce silnych czynników transkrypcyjnych do konwersji typu komórki, prawdopodobnie pomijając bardziej fizjologiczne i wieloetapowe procesy różnicowania. fizjologiczne i wieloetapowe procesy różnicowania. Strategia prób i błędów jest powszechnie stosowana do badania przesiewowego wielu kandydujących czynników transkrypcyjnych w celu zidentyfikowania prawidłowej kombinacji czynników. Spekulujemy jednak, że lepsze zrozumienie funkcjonalnych mechanizmów mechanizmów działania przykładowych aktywatorów transkrypcyjnych ułatwi identyfikację nowych kombinacji czynników zdolnych do bezpośredniego przeprogramowania. Celem Celem tego przeglądu jest krytyczne zbadanie literatury na temat trzech wysoce silnych aktywatorów transkrypcji: białka wirusa opryszczki VP16; głównego regulatora różnicowania mięśni szkieletowych regulator różnicowania mięśni szkieletowych, MyoD i czynnik "pionierski" dla hepatogenezy, FoxA. hepatogenezy, FoxA. Omawiamy rolę ich funkcjonalnych domen białkowych, partnerów i mechanizmów remodelowania chromatyny podczas aktywacji genów aby zrozumieć, w jaki sposób czynniki te otwierają chromatynę nieaktywnych genów i resetują wzorzec transkrypcji podczas wzór transkrypcji podczas konwersji typu komórki. --- Zrozumienie, w jaki sposób ciche geny mogą być kompetentne do aktywacji, zapewnia wgląd w rozwój, a także przeprogramowanie komórek i patogenezę. My przeprowadziliśmy analizę lokalizacji genomowej pionierskiego czynnika transkrypcyjnego FoxA w wątrobie dorosłej myszy wątrobie dorosłej myszy i stwierdziliśmy, że około jedna trzecia miejsc związanych z FoxA jest w pobliżu cichych genów, w tym genów bez wykrywalnej polimerazy RNA II. Praktycznie wszystkie ciche miejsca związane z FoxA znajdują się w obrębie konserwatywnych sekwencji, sugerując możliwą funkcję. Takie miejsca są wzbogacone w motywy dla represorów transkrypcji, w tym dla Rfx1 i hormonu jądrowego typu II receptorów. Znaleźliśmy jedno takie miejsce docelowe w kryptycznym wzmacniaczu "cienia" 7 kilobaz (kb) poniżej genu Cdx2, gdzie Rfx1 ogranicza aktywację transkrypcji przez FoxA. aktywację przez FoxA. Wzmacniacz cienia Cdx2 wykazuje podzbiór właściwości regulacyjnych właściwości górnego regionu promotora Cdx2. Podczas gdy Cdx2 jest ektopowo indukowany we wczesnym stanie metaplastycznym przełyku Barretta, jego ekspresja niekoniecznie jest obecna w postępującej chorobie Barretta z dysplazją lub gruczolakorakiem. gruczolakoraka. W przeciwieństwie do tego stwierdzamy, że ekspresja Rfx1 w nabłonku przełyku stopniowo wygasa podczas progresji do raka, tj, ekspresja Rfx1 zmniejszyła się znacznie w dysplazji i gruczolakoraku. My proponujemy, że ta zmniejszona ekspresja Rfx1 może być wskaźnikiem progresji z przełyku Barretta do gruczolakoraka i że podobne analizy innych czynników transkrypcyjnych związanych z cichymi genami może ujawnić nieoczekiwany wgląd w progresję onkogenną i przeprogramowanie komórkowe. --- EBNA1, białko jądrowe ulegające ekspresji we wszystkich nowotworach związanych z EBV jest jest niezbędne do utrzymania episomów wirusa w komórkach latentnie zakażonych komórkach. EBNA1 może indukować zmiany genetyczne poprzez regulację w górę komórkowych rekombinaz, produkcję reaktywnych form tlenu (ROS) i wpływając na poziomy i funkcję p53 i jego funkcję. Wszystkie te zmiany mogą przyczyniać się do powstawania nowotworów. W tym przeglądzie skupiamy się jednak na zmianach epigenetycznych wywoływanych przez EBNA1 poprzez EBNA1 i rodzinę pionierskich czynników transkrypcyjnych FoxA. czynników transkrypcyjnych. Zarówno EBNA1, jak i FoxA indukują lokalną demetylację DNA, destabilizację nukleosomów i wiążą się z mitochondriami. destabilizację i wiążą się z chromosomami mitotycznymi. Lokalna demetylacja DNA i i rearanżacja nukleosomów oznaczają aktywne promotory i enhancery. Ponadto, EBNA1 i FoxA, gdy są związane z chromatyną mitotyczną, mogą "zakładać" aktywne geny i zapewnić ich reaktywację w komórkach postmitotycznych (pamięć epigenetyczna). Spekulujemy, że że pętle DNA indukowane przez interakcje EBNA1-EBNA1 mogą reorganizować genom komórkowy. genom komórkowy. Takie pętle chromatynowe, utrzymujące się w chromatynie mitotycznej podobnie do interakcje na duże odległości, w których pośredniczy białko izolatora CTCF, mogą również pośredniczyć w epigenetycznym dziedziczeniu wzorców ekspresji genów. Sugerujemy, że EBNA1 ma potencjał do indukowania zmian patoepigenetycznych przyczyniających się do nowotworzenia. nowotworu. --- Podrodzina czynników transkrypcyjnych Foxa skrzydlatej helisy / skrzynki widełkowej (Fox) jest jest przedmiotem badań genetycznych i biochemicznych od ponad 15 lat. W tym czasie W tym czasie stwierdzono, że jej trzej członkowie, Foxa1, Foxa2 i Foxa3, odgrywają ważną rolę na wielu etapach życia ssaków. ważną rolę na wielu etapach życia ssaków, począwszy od wczesnego rozwoju, kontynuując podczas organogenezy, a ostatecznie w metabolizmie i homeostazy u dorosłych. Foxa2 jest wymagana do tworzenia węzła i notochordu. i notochordu, a przy jego braku występują poważne wady gastrulacji, cewy nerwowej patterning i morfogeneza jelit skutkują śmiertelnością embrionalną. Foxa1 i Foxa2 współpracują w celu ustalenia kompetencji w endodermie jelita przedniego i są wymagane do normalnego rozwoju narządów pochodzących z endodermy, takich jak wątroba, trzustka, płuca i prostata. W życiu postnatalnym członkowie rodziny Foxa kontrolują metabolizm glukozy poprzez regulację wielu genów docelowych w wątrobie, trzustce i tkance tłuszczowej. Wgląd w unikalne molekularne podstawy funkcji Foxa Foxa uzyskano na podstawie najnowszych danych genetycznych i genomicznych, które identyfikują białka białka Foxa jako "czynniki pionierskie", których wiązanie do promotorów i wzmacniaczy umożliwiają dostęp do chromatyny innym czynnikom transkrypcyjnym specyficznym dla tkanki. --- Analiza genetyczna genów Foxa zarówno u myszy z mutacją całkowitą, jak i warunkową wyraźnie wykazała, że organogeneza wielu układów jest kontrolowana przez tę podrodzinę czynników transkrypcyjnych skrzydlatej helisy. Odkrycia te nastąpiły po po ustanowieniu ram koncepcyjnych mechanizmu działania białek białek FoxA jako "czynników pionierskich", które mogą angażować chromatynę przed innymi czynnikami transkrypcyjnymi. czynniki transkrypcyjne. Ostatnie badania molekularne i genomiczne wykazały również, że białka FoxA mogą ułatwiać wiązanie kilku receptorów jądrowych do ich odpowiednich celów w sposób zależny od kontekstu, znacznie zwiększając zakres i znaczenie czynników FoxA w biologii.
W jaki sposób czynnik transkrypcyjny Foxa wykazuje swoją pionierską funkcję?
Koncepcja mechanizmu działania białek FoxA zakłada, że są to "czynniki pionierskie", które mogą angażować chromatynę przed innymi czynnikami transkrypcyjnymi. Domena wiążąca DNA Foxa strukturalnie przypomina histon łącznikowy i stabilnie wiąże nukleosomy. FoxA indukuje lokalną demetylację DNA, destabilizację nukleosomów i wiąże się z chromosomami mitotycznymi. Wiążąc się z chromatyną mitotyczną, FoxA może "zakładać" aktywne geny i zapewniać ich reaktywację w komórkach postmitotycznych (pamięć epigenetyczna). Około jedna trzecia miejsc związanych z FoxA znajduje się w pobliżu cichych genów, w tym genów bez wykrywalnej polimerazy RNA II. "Pionierskie" cechy czynników FoxA obejmują różne parametry wiązania chromatyny obserwowane w histonach łącznikowych i rozróżniają czynniki w odniesieniu do ich funkcji regulacyjnych i mechanistycznych.