МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2008, том 42, № 3, с. 388-404
== ОБЗОРЫ =
УДК 577.21
ТРАНСКРИПЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ СЕМЕЙСТВА ЯДЕРНЫХ БЕЛКОВ 1 (NF1). РОЛЬ В РЕМОДЕЛИРОВАНИИ ХРОМАТИНА
© 2008 г. Г. И. Чихиржина1*, Р. И. Аль-Шехадат1, Е. В. Чихиржина2
1Кафедра биохимии Санкт-Петербургского государственного университета, Санкт-Петербург, 199034 2Институт цитологии Российской академии наук, Санкт-Петербург, 194064
Поступила в редакцию 27.09.2007 г.
Принята к печати 06.11.2007 г.
Сайт-специфические транскрипционные факторы семейства ядерных факторов 1 (NF1) относятся к вездесущим белкам, у млекопитающих кодируются четырьмя генами и участвуют в регуляции транскрипции примерно 100 клеточных и вирусных генов. Отличительными свойствами NF1 являются их способность функционировать в качестве факторов транскрипции и факторов репликации геномов ряда вирусов, а также очень низкое сродство к ДНК в составе нуклеосомы. В обзоре приведены данные, свидетельствующие о том, что транскрипционные факторы семейства NF1 выполняют двойную функцию при гормон-опосредованной трансактивации промотора вируса опухоли молочной железы мыши (MMTV): они требуются как для активации процесса транскрипции, так и для ремоделирования нуклеосом. Большая часть обзора посвящена обсуждению результатов, касающихся роли NF1 в качестве факторов, участвующих в формировании и поддержании предустановленной (preset) структуры хроматина в области промотора MMTV и регуляторных элементов гена лизоцима в ходе дифференцировки макрофагов. Разрушение индивидуальных генов белков NF1 вызывает патогенетические изменения в разных тканях человека и животных, поэтому ведутся интенсивные исследования этих белков как фундаментального, так и прикладного характера.
Ключевые слова: транскрипционные факторы NF1, SR, MMTV LTR, хроматин, предустановленная структура хроматина.
TRANSCRIPTION FACTORS OF THE NUCLEAR FACTOR 1 (NF1) FAMILY. ROLE IN CHROMATIN REMODELATION, by G. I. Chikhirzhina1*, R. I. Al-Shekhadat1, E.V. Chikhirzhina2 (*St. Petersburg State University, Department of Biochemistry, St. Petersburg, 199034 Russia, *e-mail: Chikhirzhina@mail.ru; 2Institute of Cytology, Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, 194064 Russia). Site-specific transcription factors of the nuclear factor 1 (NF1) family are ubiquitous, are encoded by four genes in mammals, and play a role in regulating transcription of approximately 100 cell and viral genes. The NF1 proteins are characterized by the ability to act as both transcription factors and viral replication factors and by a low affinity for nucleosomal DNA. The review considers the dual role of the NF1 family factors in hormone-mediated transactivation of mouse mammary tumor virus (MMTV) promoter: the factors are essential for both transcription activation and nucleosome remodelling. Emphasis is placed on the role of the NF1 family factors in the formation and maintenance of a preset chromatin structure in the MMTV promoter region and the regulatory elements of the lysozyme gene during macrophage differentiation. Since disruption of individual NF1 family genes caused pathological changes in human and animal tissues, the NF1 family proteins are subjects of basic and applied research.
Key words: nuclear factor 1 (NF1) family, SR, MMTV LTR, chromatin, preset chromatin structure.
Принятые сокращения: MMTV LTR - длинный концевой повтор вируса опухоли молочной железы мыши; SR, GR - рецепторы стероидных и глюкокортикоидных гормонов соответственно; HRE - гормон-чувствительный элемент; №1 - ядерный фактор 1, связывающий консенсусную последовательность TTGGCNNNNN(N)GCCAA; Oct1 - транскрипционный фактор, связывающий октамер консенсусной последовательности ATGCAAAT; DBD - ДНК-связывающий домен; PRD -пролин-богатый домен; ЯБ - репрессорный домен; а.о. - аминокислотный остаток.
* Эл. почта: Chikhirzhina@mail.ru
Первые данные о том, что белки семейства №1 (ядерный фактор 1) являются факторами транскрипции, были получены в 1982 г. [1]. Эти белки были описаны как факторы, специфически связывающиеся с четырьмя участками ДНК в 5'-области гена лизоцима цыпленка. Футпринт-анализ с ДНКазой I показал, что этот сайт-специфический фактор узнает в ДНК последовательность 5'-ТТв-ОСШКШ(К)ОССАА-3', которая представляет собой обращенный повтор из 5 п.н., разделенных коротким спейсером из 5-6 нуклеотидов [2, 3]. Первоначально этот фактор был назван как ТввСА-связывающий белок. Однако позднее выяснилось, что он взаимодействует с любой половиной палин-дромной последовательности - только с меньшим сродством, и при этом сохраняется его способность активировать транскрипцию. Эти факторы существуют в растворе как димеры в отсутствие ДНК-связывающих участков [4], а их ДНК-связывающий домен не имеет распознаваемой гомологии с другими известными ДНК-узнающими доменами [2].
Специфичности распределения белков этого семейства в тканях или клетках нет, но они являются обязательными компонентами регуляторных систем примерно для 100 клеточных и вирусных генов. Более того, число генов, экспрессия которых контролируется №1, постоянно увеличивается. На этом основании их относят к конститутивным факторам транскрипции.
Рассматриваемый класс факторов транскрипции обладает рядом особенностей, не свойственных другим представителям сайт-специфических белков. В первую очередь, необходимо отметить их способность функционировать в качестве как факторов транскрипции, так и факторов репликации геномов некоторых вирусов. Установлено полное сходство ТвССА-связывающего белка и хозяйского фактора №1 репликации аденовируса. Их идентичность показана на уровне генов, аминокислотной последовательности и функциональной значимости. Эти данные позволяют некоторым исследователям [5] относить белки №1 к группе факторов репликации и транскрипции.
Другой особенностью семейства №1 является то, что с ДНК в составе нуклеосомных частиц они связаны слабо. Известно, что сродство взаимодействия некоторых сайт-специфических транскрипционных факторов с ДНК в нуклеосоме только ненамного отличается от сродства, характерного для свободной ДНК. Так, рецептор глюкокортикоид-ных гормонов (вЯ) связывается с ДНК в составе нуклеосомы со сродством, примерно в 2 раза меньшим по сравнению со свободной ДНК, а фактор №-кВ (фактор В-клеток, узнающий регуляторный элемент в энхансере гена легких цепей иммуноглобулина) вовсе "не видит" октамер гистонов в нуклеосо-мах [6]. Белки №1 обладают в 100-300 раз более низким сродством к нуклеосомной ДНК по сравнению со свободной - независимо от ротационного и трансляционного позиционирования ДНК в частице
[7]. Только при введении олигонуклеотидных вставок из пяти аденинов с обеих сторон от сайта связывания NF1 в ДНК, что нарушает ее взаимодействие с гистонами, наблюдается увеличение связывания транскрипционного фактора NF1 с нуклеосомной мишенью [7].
Семейство факторов NF1 привлекает внимание исследователей потому, что они участвуют во многих опухолевых процессах. Отдельные изо-формы факторов контролируют экспрессию гена опухолевого супрессора p53 в молочной железе мыши [8], генов онкобелков E6 и E7 вируса папилломы человека, вызывающего рак шейки матки [9]. Есть данные, что повышенная экспрессия некоторых изоформ NF1 в эмбриональных куриных фибробластах вызывает устойчивость к трансформации клеточными онкогенами fos и jun [2]. Оказалось, что белки NF1 связаны также с патогенезом в развитии центральной нервной системы [10-14], легких [11, 15], молочной железы [16], зубов [5, 17]. Можно надеяться, что исследования фундаментальных механизмов действия транскрипционных факторов семейства NF1 и их связи с этиологией онкологических процессов и патогенезом в развитии отдельных органов человека и животных внесут существенный вклад в разработку медико-биологических технологий и препаратов.
Данные, полученные в последнее время, позволяют предположить, что транскрипционные факторы этого семейства выполняют двойную функцию. С одной стороны, они участвуют в ре-моделировании нуклеосомы и поддержании специфической "открытой" структуры хроматина в регуляторных областях, которая определяет состояние компетенции гена к транскрипции [1822]. С другой стороны, эти факторы играют роль при образовании энхансеосомы и передаче регу-ляторного сигнала на транскрипционный аппарат [2, 20, 21, 23]. Нами будут рассмотрены только данные, в которых обсуждается возможная роль транскрипционных факторов семейства NF1 в ре-моделировании нуклеосомной структуры и поддержании в регуляторных областях генов предустановленной (preset) структуры хроматина, ответственной за их индуцибельное состояние. Роль NF1 в передаче регуляторного сигнала на транскрипционный аппарат подробно рассмотрена в обзоре Гроностайского [2].
В нашем обзоре будут затронуты также вопросы, касающиеся особенностей структурно-функциональной организации белков семейства NF1 и их роли в развитии.
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БЕЛКОВ СЕМЕЙСТВА NF1
Транскрипционные факторы семейства NF1 кодируются четырьмя разными генами (nf1-a, -b, -c, -x),
а
Рис. 1. Схема гена п/1-с (а) и доменной организации белков №1-С (•). а - Положение экзонов и отдельных аминокислотных остатков (ак). б - Числа сверху и снизу - положение отдельных аминокислотных остатков.
у млекопитающих они расположены на трех хромосомах. Каждый из генов состоит из 11 экзонов, что определяет возможность альтернативного сплайсинга 3'-участка и появления различающихся по структуре транскриптов [2].
Молекулярная масса белков находится в пределах 30-65 кДа: самая большая характерна для №1-С, а самая маленькая - для №1-Х [24]. №1-С впервые выделен из ядерного экстракта клеток НеЬа как фактор, способствующий репликации ДНК аденовируса [25]. Позднее белок №1-А из печени крысы был идентифицирован как фактор, узнающий №1-сайт на промоторе альбуминового гена, а №1-В и №1-Х из печени хомяка - как факторы, связывающиеся с промотором гена, который кодирует 3-гидрокси-3-метилглутарил-СоА.
При сравнении первичной структуры различных изоформ белков, кодируемых генами п/1, выявляется модульный характер ее орга
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.