Посещений:
РАЗВИТИЕ СЕТЧАТКИ

Роль Polycomb репрессивного комплекса PRC2

Polycomb repressive complex PRC2 regulates Xenopus retina development downstream of Wnt/β-catenin signaling
Issam Aldiri, Kathryn B. Moore, David A. Hutcheson, Jianmin Zhang and Monica L. Vetter
Development 2013 V. 140, 2867-2878.

The histone methyltransferase complex PRC2 controls key steps in developmental transitions and cell fate choices; however, its roles in vertebrate eye development remain unknown. Here, we report that in Xenopus, PRC2 regulates the progression of retinal progenitors from proliferation to differentiation. We show that the PRC2 core components are enriched in retinal progenitors and downregulated in differentiated cells. Knockdown of the PRC2 core component Ezh2 leads to reduced retinal progenitor proliferation, in part due to upregulation of the Cdk inhibitor p15Ink4b. In addition, although PRC2 knockdown does not alter eye patterning, retinal progenitor gene expression or expression of the neural competence factor Sox2, it does cause suppression of proneural bHLH gene expression, indicating that PRC2 is crucial for the initiation of neural differentiation in the retina. Consistent with this, knocking down or blocking PRC2 function constrains the generation of most retinal neural cell types and promotes a Muller glial cell fate decision. We also show that Wnt/?-catenin signaling acting through the receptor Frizzled 5, but independent of Sox2, regulates expression of key PRC2 subunits in the developing retina. This is consistent with a role for this pathway in coordinating proliferation and the transition to neurogenesis in the Xenopus retina. Our data establish PRC2 as a regulator of proliferation and differentiation during eye development.


Рисунки к статье

В развитии сетчатки позвоночных перход предшественников от пролиферации к дифференцировке высоко скоординиррован и сопровождается подавлением генов клеточного цикла и активацией аппарата спецификации судеб ретинальных клеток (Agathocleous and Harris, 2009; Agathocleous et al., 2009). Это переключение регулируется взаимодействием между транскрипционными факторами и сигнальными путями и нуждается в широкой реконструкции хроматина и в обширных изменениях в экспрессии генов (Hsieh and Gage, 2004; Ohsawa and Kageyama, 2008). Многочисленные доказательства подтверждают, что механизмы, которые регулируют структуру хроматина и глобальную экспрессию генов, контролируют критические переходные ступени во время нейрального развития, включая дифференцировку сетчатки (Yamaguchi et al., 2005; Lessard and Crabtree, 2010).
Высоко консервативная группа белков Polycomb репрессирует экспрессию генов путем образования разных комплексов, ремоделирующих хроматин, наз. polycomb repressive complexes (PRCs) (Martinez and Cavalli, 2006; Margueron and Reinberg, 2011). PRC2 метилтрансферазная активность катализирует добавление histone H3 lysine 27 триметилирование (H3K27me3) к специфическим геномным локусам, которые действуют как места швартовки для рекрутирования дополнительных репрессивных комплексов (Kuzmichev et al., 2002; Fischle et al., 2003; Rajasekhar and Begemann, 2007). PRC2 состоит из 4-х стержневых субъединиц: EZH2 (каталитическая субъединица), SUZ12, EED и RbBP4/7 (Pietersen and van Lohuizen, 2008; Margueron and Reinberg, 2011). SUZ12 и EED обязательны для ферментативной функции EZH2, тогда как RbBP4/7 необходим для связывания нуклеосом (Nekrasov et al., 2005; Pasini et al., 2007).
PRC2 играет критическую роль в управлении балансом между пролиферацией и дифференцировкой (Yu et al., 2007; Margueron and Reinberg, 2011; Aldiri and Vetter, 2012). Ezh2 необходим для клеточной пролиферации во время формирования ткани и является известным маркером метастазирующих клеток, в основном благодаря репрессии локуса опухолевого супрессора Ink4b-ARF-Ink4a (Popov and Gil, 2010; Aguilo et al., 2011).
Более того, PRC2 является важным регулятором клеточной дифференцировки (Testa, 2011). Эмбриональные стволовые клетки (ESCs) с мутантным Suz12 неспособны дифференцироваться в нейроны в культуре, указывая тем самым, что PRC2 важен для нейральной дифференцировки (Boyer et al., 2006; Lee et al., 2006; Pietersen and van Lohuizen, 2008). В развивающейся коре, PRC2 модулирует во время развития продукцию нейронов и глиии (Hirabayashi and Gotoh, 2010; Pereira et al., 2010). PRC2 также регулирует выбор клеточных судеб между олигодендроцитами и астроцитами культивируемых нейральных стволовых клеток (Sher et al., 2008). Т.о., функция PRC2 зависит от контекста во время развития.
Регулирует ли PRC2 развитие глаз и выбор в нем клеточных судеб, неизвестно. В ESCs, PRC2 и его репрессивная метка H3K27me3 оккупирует промоторы многих генов, которые участвуют в развитии сетчатки, и компоненты PRC2 экспрессируются во время развития глаз Xenopus и мышей (Lee et al., 2006; Aldiri and Vetter, 2009; Rao et al., 2010). Здесь мы показали, что экспрессия стержневых компонентов PRC2 концентрируется в предшественниках сетчатки и уменьшается с началом дифференцировки сетчатки. Блокирование Ezh2 нарушает пролиферацию сетчатки, но не меняет спецификацию предшественников сетчатки. Отметим, что PRC2 необходим для экспрессии пронейральных генов в предшественниках сетчатки и для нормальной дифференцировки нейронов сетчатки, поскольку блокирование функции PRC2 склоняет выбор судеб клеток в направлении судьбы Мюллеровой глии. Мы наблюдали, что хотя большинство др. нейрональных типов клеток супрессируется, количества амакринных клеток увеличиваются после потери PRC2. Это происходит несмотря на ингибирование NeuroD, которое способствует генезу амакринных клеток (Morrow et al., 1999), подтверждая участие др. регуляторов амакринных клеток в клеточной дифференцировке. В целом наш анализ подтверждает сложную роль PRC2 в спецификации подтипов клеток сетчатки. Мы установили, что каноническая передача сигналов Wnt, которая координирует пролиферацию и дифференцировку в сетчатке Xenopus (Van Raay et al., 2005; Agathocleous et al., 2009), регулирует экспрессию некоторых субъединиц PRC2 в развивающемся глазу независимым от Sox2 способом, подтверждая роль PRC2 как важного компонента этого онтогенетического перехода. Как передача сигналов Wnt регулирует экспрессию PRC2 остается неизвестным. Мы показали, что Sox2 регулируется с помощью передачи сигналов Wnt/β-catenin у Xenopus (Van Raay et al., 2005), но установили, что экспрессия Ezh2 и Suz12 не зависит от Sox2. Т.о., PRC2 и Sox2 могут быть регулируемы совместно с помощью передачи сигналов Wnt/β-catenin и их активности скоординированы. Было предположено, что PRC2 и Sox2 рекрутируются на общие мишени посредством длинных некодирующих РНК (Ng et al., 2012). В целом, наши данные выявили, что у Xenopus, PRC2 действует как критическая ступень в прогрессии предшественников сетчатки в направлении дифференцированной судьбы.