4.3.2 SOX2 je klíčovou pluripotency TF potřebné pro myš PGC rozvoj, ale chybí lidské zárodečné linie
SOX2 v myší a lidské patří do SOXB1 rodiny TFs zahrnuje SOX1, SOX2 a SOX3 (Pevny & Lovell-Badge, 1997; Schepers et al., 2002; Uchikawa a kol., 1999). Soxb1 TFs se do značné míry podílejí na vývoji neurektodermu (Uchikawa et al., 1999; Wood & Episkopou, 1999). SOX2 je pouze SOXB TF vyjádřené v embrya před implantací, kde je zpočátku lokalizována v cytoplazmě v zygota, než se stal omezena na jádro ve 4C-6C embrya myši (Avilion et al., 2003; Keramari et al., 2010). Jednobuněčná transkriptomická analýza ukazuje, že exprese Sox2 byla spojena s vnitřními buňkami 16C moruly, které by tvořily ICM (obr. 1) (Guo et al., 2010). U lidských embryí bylo obohacení transkriptů SOX2 detekováno o něco později, u morul 8C, pravděpodobně atributem jejich zdlouhavého ZGA (Blakeley et al ., 2015).
SOX2 je nezbytný pro udržení pluripotence mESC a působí po proudu od OCT4 (Masui et al ., 2007; Niwa, Masui, Chambers, Smith, & Miyazaki, 2002; Wong et al., 2016). Nicméně, povalení studium v těchto navrhl, linie-regulační roli pluripotency TFs, kde SOX2 inhibována primitivní pruh-jako identitu podporována OCT4 (Wang, Nebona, Nelson, Razis, & Ivanova, 2012). Opravdu, SOX2 a OCT4 postupně oddělit a spojit s neuroektoderm a mesendoderm linií, respektive v rozlišení mESCs (Thomson et al., 2011), v souladu se základním pluripotentním stavem hESCs (Nichols & Smith, 2009).
Chromatin immunoprecipitation (Čip) studium v mESCs ukázal, že SOX2 colocalizes s OCT4 a NANOG na genomické DNA v blízkosti kohorty pluripotency-associated genes (Chen et al., 2008; Kim, Chu, Shen, Wang, & Orkin, 2008; Loh a kol., 2006; Marson a kol., 2008) včetně genů zapojených do inaktivace chromozomu X, jako jsou Tsix a Rnf12 (Navarro, Moffat, Mullin, & Chambers, 2011; Navarro a kol., 2010). Objev motivu identifikoval kompozitní sekvenci obsahující vazebné místo Oktameru a Sox uspořádané ve specifické orientaci (známé jako motiv Oct-Sox) v blízkosti mnoha genů spojených s pluripotencí (Chen et al., 2008; Kondoh & Kamachi, 2010; Loh a kol., 2006). Mnoho z těchto markerů souvisejících s pluripotencí je skutečně řízeno kooperativní transkripční aktivací SOX2 a OCT4 (Ambrosetti, Basilico, & Dailey, 1997; Chew et al., 2005; Kuroda a kol., 2005; Nakatake a kol., 2006; Nishimoto, Fukušima, Okuda, & Muramatsu, 1999; Okumura-Nakanishi, Saito, Niwa, & Ishikawa, 2005; Rodda et al., 2005; Tokuzawa et al., 2003; Tomioka a kol., 2002; Yuan, Corbi, Basilico, & Dailey, 1995). Tento pojem je do značné míry v souladu se studiemi čipů v hESCs (Boyer et al ., 2005), které vykazují větší podobnost s mepisky než mesc (Matsuda et al., 2017). Tato pozorování naznačují, že základní regulační funkce SOX2 u myší a lidské pluripotence je do značné míry srovnatelná.
HMG doménou SOX2, jako SOX17, váže na drobné drážky DNA s konsensuální sekvence 5′-(A/T)(A/T)CAAAG-3′ (Bowles et al., 2000). Pozorování, že SOXB1 a SOXF TFs vázat se spíše podobný motiv sekvence naznačuje, že SOX TFs obecně vázat non-konkrétně o poměrně obecný SOX motivy a jejich funkce jsou do značné míry svěřené interakce s tkání-specifické faktory (Kondoh & Kamachi, 2010). C-terminální doména SOX2 obsahuje serin-bohatý region v rámci transactivation domain (Ambrosetti, Schöler, Dailey, & Basilico, 2000; Nowling, Johnson, Wiebe, & Rizzino, 2000). Tato serin-bohatý region zahrnuje trojí opakování se motiv, který je rozhodující pro přímé fyzické interakci s NANOG v mESCs (Gagliardiho et al., 2013). Samotná HMG doména interaguje s Pou-specifickou (POUS) doménou OCT4 na DNA, kde interakční rozhraní zahrnuje pět aminokyselinových zbytků na HMG (obr. 2) (Ambrosetti et al., 1997; Chambers & Tomlinson, 2009; Reményi et al., 2003; Williams a kol., 2004)
obr. 2. Interakční rozhraní OCT4 v doménách SOX2 a SOX17 HMG. Rezidua zvýrazněná červeně / černě jsou součástí interakčních reziduí s OCT4 předpovídanými ze strukturálních studií (Reményi et al ., 2003; Williams, Cai, & Clore, 2004), které bylo prokázáno, že přepínání funkcí, když vyměnil (Jauch et al., 2011). Zbytky zvýrazněné modře byly popsány pro změnu vazby SOX2 na komprimovaný motiv Oct-Sox (Merino et al ., 2014; Palasingam et al., 2009). Zbytky zvýrazněné zeleně byly dodatečně popsány v Reményi et al. (2003) a Williams et al. (2004). Hvězdičky označují identická rezidua; zachování reziduí mezi skupinami silně a slabou podobností v chemických vlastnostech jsou označeny dvojtečkou (:) a periodou (.), příslušně. Zbytky obsahující tři alfa šroubovice jsou uvedeny v kolonkách.
režim OCT4-SOX2 interakce DNA byla konvenčně považován za postupného, kde SOX2 vazba na Oct-Sox motiv stabilizuje DNA vázané konformace OCT4 (Chambers & Tomlinson, 2009). Nedávné studie sledování jedné molekuly dynamika SOX2 na chromatin hlášeny mechanismus zahrnující počáteční genomu poutavé aktivity SOX2, než obydlí na cíl, motiv, který se zdá být více prominentní v sestavě OCT4-SOX2 proteinový komplex (Chen et al., 2014). Toto pozorování nezávislých genomu zapojení je uvedeno, že SOX TFs mají průkopnickou aktivitu, kterým se stanoví transkripční komplex pro cílový gen nařízení (Hou, Srivastava, & Jauch, 2017).
na Základě elektroforetické mobility shift testy (EMSA), SOX2 nemůže kooperativně vázat s OCT4 na „stlačený“ Oct-Sox motivy na rozdíl od SOX17, kde vzdálenost mezi Octamer a Sox vazebné místo je snížena ve srovnání s „canonical“ motivy, případně z důvodu stérické překážky (Jauch et al., 2011). Tato exkluzivita může být důležitá pro částečné přerozdělení OCT4 mezi kanonickými a komprimovanými motivy během závazku linie (Aksoy et al ., 2013). V souladu s touto představou, jeden Glu122Lys bodové mutace v SOX17 HMG doménu (SOX17EK), který je součástí interakce rozhraní s OCT4 (Obr. 2), převedl mutant TF na funkci jako SOX2 při podpoře získávání indukované pluripotence (Jauch et al ., 2011; Palasingam et al., 2009; Reményi a kol., 2003; Williams a kol., 2004). SOX17EK skutečně ukázal kooperativní vazbu s OCT4 na kanonickém motivu Oct-Sox (Aksoy et al ., 2013; Jauch a kol., 2011). Důsledně reciproční mutant SOX2KE (Lys59Glu) přijala endoderm uvedením činnost SOX17 když nadměrně exprimován v mESCs (Jauch et al., 2011), který po další mutaci (Glu46Leu) vyústil v efektivní kooperativní vazbu na komprimovaný motiv s OCT4 (Merino et al ., 2014). Vzhledem k tomu, že HMG domény SOX2 a SOX17 jsou v podstatě identické mezi myší a člověkem (obr. 2), funkční význam těchto mutantů v lidských buňkách musí být testován.
SOX2 má také významnou roli ve vývoji myších zárodečných linií. SOX2 je přechodně potlačen v BLIMP1 + mPGCs v embryích fáze E7.25 late streak (LS), ale brzy poté znovu exprimován (Campolo et al., 2013; Kurimoto, Yabuta a kol., 2008; Scholer, Dressler, Rohdewohid, & Gruss, 1990; Yabuta et al., 2006). Následně hladina exprese SOX2 začíná klesat u fetálních gonadálních PGC z E13, 5 na 17, 5 (Campolo et al., 2013). SOX2 re-exprese je závislá na přítomnosti Prdm14, což naznačuje, že aktivace Sox2 je za PRDM14 činnosti (Yamaji et al., 2008). Použití kombinace CRE-exprimujících linií myši, odstranění Sox2 již v E7.25-7, 5 Použití Blimp1-Cre vedlo ke snížení STELLA + mPGCs v proximální zadní oblasti embryí E7, 5 Bud (Campolo et al., 2013). Tato embrya dále vykazovala úplnou nepřítomnost zárodečných buněk v mužských i ženských pohlavních žlázách embryí E13, 5. Nicméně, SOX2 nemá induktivní roli v mPGC specifikace, jako nucené zvýšená exprese SOX2 zruší mPGCLC specifikace, i když NANOG je co-nadměrně exprimován (Murakami et al., 2016), což naznačuje, že somatická (pravděpodobná neurální) induktivní funkce SOX2 v mepilcích je dominantní (Corsinotti et al., 2017; Zhao, Nichols, Smith, & Li, 2004) a dále naznačuje, že přechodné okno SOX2 represe během mPGC specifikace mohou být důležité pro ochranu PGC osud (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta a kol., 2006). Nicméně, odstranění Sox2 mezi E9.0 a 10,5 pomocí TNAP-Cre za následek úplné vyčerpání oocytu a pro-spermatogonie v prepuberal vaječníků a perinatální varlata. Při odstranění Sox2 pomocí Spo11-Cre exprimované v meiotických zárodečných buňkách nebyl pozorován žádný účinek na meiotické spermatocyty a oocyty. Tato pozorování naznačují, že SOX2 je vyžadován pro přežití mPGC v celé řadě vývojových fází mPGC až do meiózy (Campolo et al ., 2013). Vzhledem k tomu, OCT4 a NANOG jsou koexprimovány s SOX2 ve specifikovaných mpgc (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta a kol., 2006), není jasné, zda roli SOX2 v premeiotic mPGCs zahrnuje kooperativní interakce s OCT4 a NANOG nebo funkce zřetelně. V každém případě, protože SOX2 není vyjádřen v hPGCs (Irie et al ., 2015; Perrett et al., 2008), je nepravděpodobné, že by v lidské zárodečné linii existovaly nějaké regulační funkce pro SOX2.