4.3.2 SOX2 on hiiren PGC: n kehitykseen tarvittava keskeinen pluripotenssi TF, mutta puuttuu ihmisen itulinjasta
sox2 hiirellä ja ihmisellä kuuluu Soxb1-TFs-perheeseen, johon kuuluvat SOX1, SOX2 ja SOX3 (Pevny & Lovell-Badge, 1997; Schepers ym., 2002; Uchikawa et al., 1999). SOXB1 TFs ovat suurelta osin mukana kehittyvässä neurektodermin (Uchikawa et al., 1999; Wood & Episkopou, 1999). SOX2 on ainoa soxb TF ilmaistuna alkioissa ennen implantaatiota, jossa se on aluksi lokalisoitu tsygootin sytoplasmaan ennen kuin se rajoittuu tumaan 4C-6C hiiren alkioissa (Avilion et al., 2003; Keramari ym., 2010). Yksisoluinen transkriptomianalyysi osoittaa, että Sox2-ilmentymä liittyi 16C-morulan sisäsoluihin, jotka muodostaisivat ICM: n (Fig. 1) (Guo et al., 2010). Ihmisalkioissa havaittiin sox2-transkriptien rikastuminen hieman myöhemmin, 8C-morulaeissa, mikä todennäköisesti johtuu niiden pitkittyneestä ZGA: sta (Blakeley et al., 2015).
SOX2 on välttämätön mESC: n pluripotenssin säilyttämiseksi ja toimii okt4: n alajuoksulla (Masui et al., 2007; Niwa, Masui, Chambers, Smith, & Miyazaki, 2002; Wong et al., 2016). HESCs: n knockdown-tutkimukset kuitenkin ehdottivat pluripotency TFs: n perimän säätelijäroolia, jossa SOX2 esti OCT4: n edistämän primitiivisen juovamaisen identiteetin (Wang, Oron, Nelson, Razis, & Ivanova, 2012). Itse asiassa SOX2 ja OCT4 asteittain eriytyvät ja liittyvät neuroectodermin ja mesendodermin lineages, vastaavasti, erottelemalla mESCs (Thomson et al., 2011), yhdenmukaisesti HECS: n primed pluripotent state-tilan kanssa (Nichols & Smith, 2009).
kromatiini immunoprecipitation (ChIP) tutkimukset mESCs: ssä osoittivat, että SOX2 kolokalisoituu OKT4: n ja NANOGIN kanssa genomisessa DNA: ssa lähellä kohorttia, jossa on pluripotenssiin liittyviä geenejä (Chen et al., 2008; Kim, Chu, Shen, Wang, & Orkin, 2008; Loh et al., 2006; Marson et al., 2008)mukaan lukien X-kromosomin inaktivaatioon osallistuvat geenit, kuten Tsix ja Rnf12 (Navarro, Moffat, Mullin, & Chambers, 2011; Navarro et al., 2010). Motif discovery identified a composite sequence which an Octamer and Sox binding site arranged in a specific orientation (known as Oct-Sox motif)within each many pluripotency-associated genes (Chen et al., 2008; Kondoh & Kamachi, 2010; Loh et al., 2006). Monet näistä pluripotenssiin liittyvistä markkereista ovat todellakin sox2-ja OCT4-osuustranskriptioiden aktivoinnin kontrolloimia (Ambrosetti, Basilico, & Dailey, 1997; Chew et al., 2005; Kuroda et al., 2005; Nakatake et al., 2006; Nishimoto, Fukushima, Okuda, & Muramatsu, 1999; Okumura-Nakanishi, Saito, Niwa, & Ishikawa, 2005; Rodda et al., 2005; Tokuzawa et al., 2003; Tomioka et al., 2002; Yuan, Corbi, Basilico, & Dailey, 1995). Tämä käsite on pitkälti Yhdenmukainen siru tutkimukset HECS (Boyer et al., 2005), jotka muistuttavat enemmän mepiscejä kuin mescejä (Matsuda et al., 2017). Nämä havainnot osoittavat, että sox2: n keskeinen säätelytehtävä hiiren ja ihmisen pluripotenssissa on pitkälti vertailukelpoinen.
SOX2: n HMG-domeeni, kuten SOX17, sitoutuu DNA: n molliuraan konsensusjonolla 5′-(A/T)(A/T)CAAG-3′ (Bowles et al., 2000). Havainto, että SOXB1 ja SOXF TFS sitoutuvat melko samankaltaisiin motiivisekvensseihin, osoittaa, että SOX TFs sitoutuvat yleensä ei-spesifisesti melko yleisiin SOX-kuvioihin ja niiden funktiot johtuvat suurelta osin vuorovaikutuksista kudoskohtaisten tekijöiden kanssa (Kondoh & Kamachi, 2010). SOX2: N C-päätealue sisältää seriinipitoisen alueen transaktivaatioalueen sisällä (Ambrosetti, Schöler, Dailey, & Basilico, 2000; Nowling, Johnson, Wiebe, & Rizzino, 2000). Tämä seriinirikas alue käsittää kolminkertainen toistomotiivi, joka on ratkaisevan tärkeä NANOGIN suoralle fyysiselle vuorovaikutukselle messeissä (Gagliardi et al., 2013). HMG-domeeni itse vuorovaikuttaa OCT4: n Pou-spesifisen (POUS) domeenin kanssa DNA: ssa, jossa vuorovaikutusrajapinnassa on viisi aminohappojäämää HMG: llä (Fig. 2) (Ambrosetti et al., 1997; Chambers & Tomlinson, 2009; Reményi et al., 2003; Williams ym., 2004)
Kuva. 2. OCT4-vuorovaikutusliitäntä sox2-ja SOX17 HMG-verkkotunnuksissa. Punaisella/mustalla korostetut jäämät ovat osa rakennetutkimuksissa ennustettuja vuorovaikutuksessa olevia jäämiä OKT4: n kanssa (Reményi et al., 2003; Williams, Cai, & Clore, 2004), joiden osoitettiin vaihtavan toimintoja, jos ne vaihdetaan (Jauch et al., 2011). Sinisellä korostetut jäämät kuvattiin muuttamaan sox2-sidontaa puristettuun Oct-Sox-motiiviin (Merino et al., 2014; Palasingam et al., 2009). Jäämiä korostettu vihreä oli lisäksi kuvattu Reményi et al. (2003)ja Williams ym. (2004). Tähdellä merkitään identtisiä jäämiä; jäämien säilyminen kemiallisilta ominaisuuksiltaan vahvasti ja heikosti samankaltaisten ryhmien välillä merkitään kaksoispisteellä (:) ja jaksolla (.), vastaavasti. Jäämät, jotka koostuvat kolmesta alfa-kierteestä, on merkitty laatikoihin.
OCT4-SOX2-vuorovaikutuksen Tilaa DNA: ssa pidettiin tavanomaisesti portaittaisena, jossa Sox2: n sitoutuminen Oct4-Sox-motiiviin stabiloi OCT4: n DNA: han sitoutuneen konformaation (Chambers & Tomlinson, 2009). Viimeaikaiset tutkimukset, joissa seurattiin sox2: n yhden molekyylin dynamiikkaa kromatiinissa, raportoivat mekanismista, johon liittyi sox2: n alkuperäinen genomi-aktiviteetti, ennen kuin asuttiin kohdemotiivissa, joka näyttää näkyvämmältä OCT4-SOX2-proteiinikompleksin kokoonpanossa (Chen et al., 2014). Tämä havainto independent genomin sitoutumisesta osoitti, että SOX TFs: llä on uraauurtavaa toimintaa transkriptiokompleksin luomisessa kohdegeenin säätelylle (Hou, Srivastava, & Jauch, 2017).
elektroforeettisten liikkuvuussiirtymämääritysten (EMSA) perusteella SOX2 ei voi sitoutua yhteistoiminnallisesti OKT4: n kanssa ”pakatuissa” Oct-Sox-motiiveissa toisin kuin SOX17, jossa oktameerin ja Sox: n sitoutumiskohdan välinen etäisyys pienenee verrattuna ”kanonisiin” motiiveihin, mahdollisesti steerisen esteen vuoksi (Jauch et al., 2011). Tämä yksinoikeus voi olla tärkeää OCT4: n osittaiselle uudelleenjaolle kanonisten ja pakattujen motiivien välillä sukulinjan sitoutumisen aikana (Aksoy et al., 2013). Tämän käsityksen mukaisesti sox17 HMG-domainissa (SOX17EK) on yksi Glu122Lys-pistemutaatio, joka on osa oct4: n vuorovaikutusrajapintaa (Fig. 2), muunnetaan mutantti TF toimimaan kuten SOX2 tukemaan hankintaa indusoitu pluripotency (Jauch et al., 2011; Palasingam et al., 2009; Reményi et al., 2003; Williams ym., 2004). Itse asiassa SOX17EK osoitti osuuskunta sitoo OCT4 kanoninen Lokakuu-Sox motiivi (Aksoy et al., 2013; Jauch et al., 2011). Johdonmukaisesti, vastavuoroinen mutantti SOX2KE (Lys59Glu)hyväksyi endodermin täsmentävä aktiivisuus SOX17 kun yliekspressed mESCs (Jauch et al., 2011), joka uuden mutaation jälkeen (Glu46Leu) johti tehokkaaseen yhteistoiminnalliseen sitomiseen pakattuun motiiviin OCT4: llä (Merino et al., 2014). Koska SOX2: n ja SOX17: n HMG-verkkotunnukset ovat olennaisesti identtiset hiiren ja ihmisen välillä (Kuva. 2), näiden mutanttien funktionaalista merkitystä ihmissoluissa on vielä testattava.
SOX2: lla on myös merkittävä rooli hiiren itulinjan kehityksessä. SOX2 on ohimenevästi tukahdutettu blimp1+ mPGCs E7. 25 late streak (LS) vaiheessa alkioita, mutta uudelleen ilmaistu pian sen jälkeen (Campolo et al., 2013; Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Scholer, Dressler, Rohdewohid, & Gruss, 1990; Yabuta et al., 2006). Tämän jälkeen sox2: n ekspressiotaso alkaa laskea sikiön sukurauhasten PGC: issä E13.5: stä 17.5: een (Campolo et al., 2013). SOX2: n uudelleenilmaisu riippuu Prdm14: n läsnäolosta, mikä osoittaa, että sox2: n aktivaatio on prdm14: n aktiviteetin loppupäässä (Yamaji et al., 2008). Käyttämällä Cre-ilmentävien hiiriviivojen yhdistelmää sox2 poistetaan jo E7: ssä.25-7.5 blimp1-Cre: n käyttö johti Stella+ mPGCs: n vähenemiseen E7.5 bud-vaiheen alkioiden proksimaalisella posteriorisella alueella (Campolo et al., 2013). Näillä alkioilla todettiin lisäksi, että alkioiden E13.5 sukusolujen täydellinen puuttuminen sekä urospuolisista että naaraspuolisista sukurauhasista puuttui. SOX2: lla ei kuitenkaan ole induktiivista roolia mPGC-spesifikaatiossa, sillä sox2: n pakotettu yliekspressio kumoaa mPGCLC-spesifikaation silloinkin, kun NANOG on yhteisesti yliekspressoitu (Murakami et al., 2016), mikä osoittaa, että sox2: n somaattinen (todennäköisesti neuraalinen) induktiivinen funktio mepilceissä on dominoiva (Corsinotti et al., 2017; Zhao, Nichols, Smith, & Li, 2004) ja esittää edelleen, että sox2: n sorron väliaikainen vaihe mPGC: n spesifikaation aikana voi olla tärkeä PGC: n kohtalon turvaamiseksi (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006). Sox2: n poistaminen E9.0: n ja 10.5: n väliltä TNAP-Cre: n avulla johti kuitenkin oosyyttien ja Pro-spermatogonian täydelliseen loppumiseen prepuberaalisissa munasarjoissa ja perinataalisissa kiveksissä. Meioottisissa spermatosyyteissä ja varhaismunasoluissa ei havaittu vaikutuksia, kun Sox2 poistettiin käyttäen Meioottisissa sukusoluissa ilmaistua Spo11-Cre: tä. Nämä havainnot osoittavat, että SOX2 tarvitaan mPGC: n eloonjäämiseen eri mPGC-kehitysvaiheissa meioosiin asti (Campolo et al., 2013). Koska OKT4 ja NANOG on co-ilmaistaan sox2 määritetyissä mPGCs (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006), ei ole selvää, onko sox2: n rooli premeioottisissa mpgc: issä yhteistoiminnallista vuorovaikutusta OCT4: n ja NANOG: n kanssa tai funktioita selvästi. Joka tapauksessa, koska SOX2 ei ole ilmaistu hpgc (Irie et al., 2015; Perrett et al., 2008), on epätodennäköistä, että ihmisen itulinjassa olisi mitään säätelytoimintoja sox2: lle.