Продукты Нох генов помимо гомеодоменов содержат домены. способные активировать или репрессировать транскрипцию. обеспечивая межбелковые взаимодействия или связь с ДНК. Гомеобоксный ген Nkx2-5 действует синергично с др. транскрипциоными факторами, экспрессирующимися в развивающемся сердце, активируя экспрессию кардио-специфичных генов. В частности Nkx2-5, Gata4 и serum response factor (SRF) соединяются с соседними сайтами на промоторных/энхансерных областях кардиальных генов. Такое соединение сайтов связывания обнаруживаются не у всех кардиальных генов. Недавно идентифицирован ко-фактор myocardin, который содержит гомеобокс-подобный субдомен и связывается с SRF, влияя на активацию транскрипции. Многие кардио-специфические гены регуляторной сети сходятся на SRF, чтобы обеспечить транскрипцию кардиальных генов во время развития и болезней.
Описан и охарактеризован необычного типа гомеодоменовый белок, который функционирует во время кардиального развития, названный Нор ( homeodomain only protein), ранее обозначался как Toto. Он ко-экспрессируется с Nkx2-5. Это самый маленький из известных гомеодоменовых белков. Он состоит из дивергентного гомеодомена, который неспособен к сиквенс-специфическому связыванию с ДНК. Вместо этого Нор функционирует путем взаимодействия с SRF, ингибируя его связывание с ДНК. Это ведет к снижению транскрипции SRF-зависимых кардиальных генов. Генетическая инактивация Нор мышей вывает частично проявляющийся фенотип недостаточности сердца у эмбрионов и летальности, тогда как инактивация morpholino антисмысловыми нуклеотидами Нор у рабок данио ведет нарушению сократимости и функции сердца.
|
Modulation of Cardiac Growth and Development by HOP, an Unusual Homeodomain Protein
C.H.Shin, Z-P.Liu, R.Passier, C-L.Zhang, Da-Z.Wang, T.M.Harris, H.Yamagishi, J.A.Richardson, G.Childs, E.N.Olson
Cell. V. 110. P. 725-735. 2002 |
|
Целенаправленная специфичность к генам у разных гомеодоменовых белков, которые соединяются с определенными последовательностями ДНК, достигается за счет дифференциальной ассоциации с позитивными или негативными ко-факторами. Такие взаимодействия м. происходить между гомеодоменовыми белками и др. транскрипционными регуляторами, которые соединяются с соседними последовательностями в регуляторной части ДНК, или за счет прямых межбелковых взаимодействий в отстуствии связывания с ДНК. Классическим примером таких комбинационных взаимодействий м. служить дрожжевой гомоедоменовый белок МАТα2, который взаимодействует с MADS(MCM1, Agamous, Deficiens и SRF) box transcription factor MCM1, вызывая репрессию а-специфических генов. Гомеодомены paired-типа ассоциируют с SRF, MADS box фактором, который контролирует экспрессию генов, участвующих в клеточной пролиферации и миогенезе. Ассоциация SRF с phox/prx1 гомеодменовым белком усиливает связывание SRF с ДНК. Ассоциация с MADS box белков подобно MCM1 и SRF с гомеодоменовыми белками связывает качественные особенности клеток с чувствительностью к "generic" сигналам.
Nkx2.5 также ассоциирует с SRF, обусловливая кооперативную активацию кардиальных генов. Nkx2.5 экспрессируется в развивающемся и взрослом сердце. Мыши, гомозиготные по нулевому аллелю Nkx2.5 погибают во время эмбриогенеза из-за нарушений сердца. Этот ген регулирует и необычны гомоедоменовый белок НОР, который также экспресси руется в развивающемся сердце. НОР действует на многих ступенях развития сердца. До ст. Е11.5 он участвует в экспансии вентрикулярного миокарда, а позднее во время плодного развития он ограничивает пролиферацию кардимиоцитов.
Negative Regulation of SRF Activity by HOP
Свойства НОР напоминают таковые у I-POU? члена семейства POU-гомодоменового семейства, которй не м. связываться с ДНК и ингибирует активность др. POU-доменовых транскрипционных факторов, формируя неактивные гетеродимерные комплексы. Такого типа ингибирующая активность аналогична также той, что у HLH белка Id, у которого отсутствует связывающий домен и образуются неактивные гетеродимеры с bHLH белками. В свете способности гомеодоменоыых белков ассоциировать с HLH и GATA транскрипционными факторами? которые играют ключевые роли в развитии сердца, было бы интересно определить, является ли НОР дополнительным позитивным или негативным партнером в кардиальном клоне.
НОР оказался уникальным своим противодействием связыванию SRF с ДНК. Гомеодоменовый белок prx1 усиливает SRF активность за счет усиления скорости связывания с ДНК . Nkx2.5 также соединяется с ДНК кооперативно с SRF, обусловливая синергичную активацию SRF-зависимых кардиальных генов-мишеней. Сходным образом Barx2 гомеодоменовый белок ассоциирует с SRF и стимулирует связывание с ДНК. НОР м. влиять на связывание SRF с ДНК, т.к. влияет на критические контакты между остатками, обеспечивающими контакт, или нарушает диеризацию SRF.
В гомеодомене спирали 1 и 2 образуют непрерывную поверхность, ориентировнную прочь от места связывания в ДНК, и обеспечивают межбелковые взаимодействия. Внутри этой области положение 22 является критическим для предопределения специфичности таких взаимодействий. Выявлена гомология между SRF-взаимодействующими гомеодоменами НОР, Nkx2.5, prx1 и Barx2. Однако, они отличаются по позиции 22, указывая тем самым, что дополнительные детерминанты обеспечивают их ассоциацию с SRF.
SRF рекрутирует myocardin, который экспрессируется специфически в кардиальных и гладкомышечных клетках, чтобы активировать транскрипцию посредством CArG box. Полученные результаты указывают на то, что НОР м. уменьшать коперативность между SRF и миокардином. Возможно, это отражает ингибирование связи SRF с ДНК с помощью НОР, возможно также, что НОР и миокардин конкурируют за взаимодействие с SRF.
Regulation of HOP Expression in the Developing Heart
Потеря НОР экспрессии у Nkx2.5 мутантных эмбрионов указывает на то, что Nkx2.5 расположен выше НОР в каскаде кардиогенных регуляторов. Идентифицирован кардиальный энхансер в 1.2 т.п.н. выше НОР, который содержит множенственные Nkx2.5 связывающие сайты.
Процесс развитися сердца чрезвычайно чувствителен к уровню экспрессии и активности Nkx2.5. Гаплонедостаточность по экспрессии Nkx2.5 у мышей и людей вызывает структурные номалии в сердце и дефекты проведения. Напротив, избыточная экспрессиия Nkx2.5 у эмбрионов лягушек и рыбок данио вызывает увеличение кардиального поля и увеличенное сердце. Следовательно, д.существовать механизм точного управления активностью Nkx2.5 путем подавления активности SRF ключевого кардиогенного кояактора Nkx2.5.
Regulating the Balance of Cardiac Growth and Differentiation
До ст. Е11.5 НОР экспрессируется во всем развивающемся миокарде. Однако, затем его экспрессия ограничивается областью трабекул, где скорость пролиферации кардиомиоцитов понижена по сравнению с соседней компактной зоной. День 11.5? по-видимому, является критической стадией, т.к. субнабор НОР мутантных эмбрионов погибает на этой ст. от сердечной недостаточности. Аномалии у таких мутантных эмбрионов скорее клеточные, чем морфологические, т.к. образование сердечной петли и атриовентрикулярных камер происхъодит нормально,но меньше кардиомиоцитов и более тонкостенный миокард.
Мутантные эмбрионы, которые выживают после Е11.5, рождаются и обнаруживают избыток кардиомиоцитов. Этот фенотип, по-видимому, является результатом удлиннением периода пролиферации кардимиоцитов. Однако этот пролиферативный фенотип временный и мутантные кардиомиоциты выходят из клеточного цикла. Объяснением различий двух фенотипов м. служить двойная функция SRF как регулятора пролиферации и дифференцировки мышечных клеток, а роль НОР в модулировании активности SRF. В раннем развитии, коогда миокард д. быстро увеличиваться, НОР м.б. необходим для подавления активности SRF, индуцирующей дифференцировку, способствуя тем самым пролиферации кардиомоцитов. Напротив. на поздних стадиях НОР м. негативно регулироваить функцию SRF, способствующую росту, тем самым способствуя терминальной дифференцировке. Нельзя исключить, что НОР имеет и др. мишени помимо SRF.
Двойная роль SRF на пролиферацию и дифференцировку мышечных клеток хорошо изсвестна. SRF связывается с последовательностями CArG бокса в контрольных областях регулирующих рост и мышце-специфических генов. Продемонстрировано, что относительно небольшие изменения в активности SRF v/ дифференциально затрагивать пролиферацию или дифференцировку. Эта способность SRF регулировать противоположные процессы пролиферациии и дифференцировки мышечных клеток зависит от ассоциации с позитивными и негативными ко-факторами и от внутриклеточной передачи сигналов.
В скелетных и гладкомышечных клетках пролиферация и дифференцировка действительно взаимоисключающие процессы. Однако, кардиальные миоциты м. делиться и дифференцироваться одновременно во время раннего развития, но терминальная дифференцировка кардиомиоцитов ассоциирует с обязательным выходом из клеточного цикла. Разделение НОР мутантов на два отдельных класса с противопложными фенотипами указывает на то, что НОР участвует в очень тонко настраиваемом механизме, который управляет балансом между пролиферацией и дифференцировкой кардиомиоцитов. Т.к. НОр действует как негативный модулятор SRF, то он неполностью репрессирует активность SRF. Этот частичнsй эффект НОР на SRF м. объяснить, почему НОР мутанты распадаются на два класса.
Авт. полагают, что НОР осуществляет свое влияние на кардиомиоциты клеточно-автономно и поэтому формально возможно, что НОР также оказывает эффекты и на др типы клеток, которые влияют на рост и развитие сердца. Однако, не выявлено дефектов в др. такнях, в которых НОР экспрессируется, в таких как печень и легкие.
|