4.3.2 a SOX2 az egér PGC fejlesztéséhez szükséges kulcsfontosságú pluripotencia TF, de hiányzik az emberi csíravonalból
SOX2 egérben és emberben a SOXB1 TFs családjába tartozik, amely SOX1, SOX2 és SOX3 (Pevny & Lovell-Badge, 1997; Schepers et al., 2002; Uchikawa et al., 1999). A SOXB1 TF-ek nagyrészt részt vesznek a neurectoderma fejlődésében (Uchikawa et al., 1999; Wood & Episkopou, 1999). A SOX2 az egyetlen SOXB TF, amelyet embriókban fejeznek ki a beültetés előtt, ahol kezdetben a zigóta citoplazmájában lokalizálódik, mielőtt a 4C-6C egér embriók magjára korlátozódna (Avilion et al., 2003; Keramari et al., 2010). Az egysejtű transzkriptomikus elemzés azt mutatja, hogy a Sox2 expresszió a 16C morula belső sejtjeihez kapcsolódott, amelyek az ICM-et képeznék (ábra. 1) (Guo et al., 2010). Az emberi embriókban a SOX2 átiratok dúsulását egy kicsit később, a 8C morulákban észlelték, valószínűleg az elhúzódó ZGA-juk attribútuma (Blakeley et al., 2015).
a SOX2 elengedhetetlen a mESC pluripotencia fenntartásához és az OCT4-től lefelé hat (Masui et al., 2007; Niwa, Masui, Chambers, Smith, & Miyazaki, 2002; Wong et al., 2016). A hESCs-ben végzett leütési tanulmányok azonban a pluripotencia TFS származásszabályozó szerepét javasolták, ahol a SOX2 gátolta az oct4 által támogatott primitív csíkszerű identitást (Wang, Oron, Nelson, Razis, & Ivanova, 2012). Valójában a SOX2 és az OCT4 fokozatosan elkülönül és társul a neuroectoderma és a mesendoderma vonalakhoz a mesc-k differenciálásában (Thomson et al., 2011), összhangban a hescs alapozott pluripotens állapotával (Nichols & Smith, 2009).
a mesc-kben végzett kromatin immunprecipitációs (ChIP) vizsgálatok azt mutatták, hogy a SOX2 az OCT4-gyel és a NANOG-kal kolokalizálódik a genomi DNS-en a pluripotenciához kapcsolódó gének kohorszának közelében (Chen et al., 2008; Kim, Chu, Shen, Wang, & Orkin, 2008; Loh et al., 2006; Marson et al., 2008), beleértve az X-kromoszóma inaktiválásában részt vevő géneket, mint például a Tsix és az Rnf12 (Navarro, Moffat, Mullin, & Chambers, 2011; Navarro et al., 2010). A Motif discovery egy összetett szekvenciát azonosított, amely egy Oktamer és Sox kötőhelyet tartalmaz, amely egy adott orientációban (Oct-Sox motívumként ismert) sok pluripotenciához kapcsolódó gén közelségében (Chen et al., 2008; Kondoh & Kamachi, 2010; Loh et al., 2006). Ezen pluripotenciával kapcsolatos markerek közül sokat valóban a SOX2 és az OCT4 kooperatív transzkripciós aktiváció vezérel (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). Ez a fogalom nagyrészt összhangban van a Hescs-ben végzett ChIP-vizsgálatokkal (Boyer et al., 2005), amelyek nagyobb hasonlóságot mutatnak a mepisc-kkel, mint a mesc-kkel (Matsuda et al., 2017). Ezek a megfigyelések azt mutatják, hogy a SOX2 alapvető szabályozó funkciója az egér és az ember pluripotenciájában nagymértékben összehasonlítható.
a SOX2 HMG doménje, hasonlóan a SOX17-hez, a DNS kisebb barázdájához kötődik az 5′-(A/T)(A/T)konszenzus szekvenciával CAAAG-3′ (Bowles et al., 2000). Az a megfigyelés, hogy a SOXB1 és a SOXF TF-ek meglehetősen hasonló motívumszekvenciákhoz kötődnek, azt jelzi, hogy a SOX TF-ek általában nem specifikusan kötődnek egy meglehetősen általános SOX-motívumhoz, és funkcióikat nagyrészt a szövetspecifikus tényezőkkel való kölcsönhatások adják (Kondoh & Kamachi, 2010). A SOX2 C-terminális doménje egy szerinben gazdag régiót tartalmaz egy transzaktivációs doménen belül (Ambrosetti, Sche Xhamler, Dailey, & Basilico, 2000; Nowling, Johnson, Wiebe, & Rizzino, 2000). Ez a szerinben gazdag régió hármas ismétlésű motívumot tartalmaz, amely döntő fontosságú a közvetlen fizikai kölcsönhatás szempontjából NANOG mESCs-ben (Gagliardi et al., 2013). Maga a HMG domén kölcsönhatásba lép az OCT4 POU-specifikus (POUS) doménjével a DNS-en, ahol az interakciós interfész öt aminosavmaradékot tartalmaz a HMG-n (ábra. 2) (Ambrosetti et al., 1997; Chambers & Tomlinson, 2009; Removnyi et al., 2003; Williams et al., 2004)
Fig. 2. Az OCT4 interakciós interfész SOX2 és SOX17 HMG tartományokban. A piros/fekete színnel kiemelt maradékok a szerkezeti vizsgálatokból előre jelzett oct4-gyel kölcsönhatásba lépő maradékok részét képezik (rem Enterprises et al., 2003; Williams, Cai, & amp; Clore, 2004), amelyekről kimutatták, hogy cserélik a funkciókat (Jauch et al., 2011). A kékkel kiemelt maradványokat leírták, hogy megváltoztassák a sox2 kötődését a tömörített Oct-Sox motívumhoz (Merino et al., 2014; Palasingam et al., 2009). A zöld színnel kiemelt maradványokat ezenkívül a REM Enterprises et al. (2003) és Williams et al. (2004). A csillagok azonos maradványokat jelölnek; a kémiai tulajdonságokban erősen és gyengén hasonlító csoportok közötti maradékanyag-megőrzést kettőspont (:) és időszak (.), illetve. A három alfa-hélixet tartalmazó maradékok dobozokban vannak feltüntetve.
az OCT4-SOX2 kölcsönhatás módját a DNS-en hagyományosan lépésenként tekintették, ahol a SOX2 kötődése az Oct-Sox motívumhoz stabilizálja az OCT4 DNS-hez kötött konformációját (Chambers & Tomlinson, 2009). A sox2 egymolekulájú dinamikáját monitorozó legújabb tanulmányok a kromatinon egy olyan mechanizmusról számoltak be, amely magában foglalja a SOX2 kezdeti genomkötő aktivitását, mielőtt egy olyan célmotívumon lakna, amely kiemelkedőbbnek tűnik az OCT4-SOX2 fehérje komplex összeállításában (Chen et al., 2014). A független Genom elkötelezettségének ez a megfigyelése azt mutatta, hogy a SOX TF-ek úttörő tevékenységet folytatnak egy transzkripciós komplex létrehozásában a célgén szabályozásához (Hou, Srivastava, & Jauch, 2017).
az elektroforetikus mobilitási eltolódási vizsgálatok (EMSA) alapján a SOX2 nem képes együttműködni az OCT4-gyel a “tömörített” Oct-Sox motívumokon, ellentétben a SOX17-Tel, ahol az Oktamer és a Sox kötőhelye közötti távolság csökken a “kanonikus” motívumokhoz képest, valószínűleg a szterikus akadály miatt (Jauch et al., 2011). Ez a kizárólagosság fontos lehet az OCT4 részleges újraelosztásához a kanonikus és tömörített motívumok között a származás elkötelezettsége során (Aksoy et al., 2013). Ezzel a fogalommal összhangban egyetlen Glu122Lys pontmutáció a SOX17 HMG doménben (SOX17EK), amely része az OCT4 interakciós interfésznek (ábra. 2), átalakította a mutáns TF-et SOX2-hez hasonlóan az indukált pluripotencia megszerzésének támogatásában (Jauch et al., 2011; Palasingam et al., 2009; rem Enterprises et al., 2003; Williams et al., 2004). Valójában a SOX17EK kooperatív kötődést mutatott az OCT4-gyel a kanonikus Oct-Sox motívumon (Aksoy et al., 2013; Jauch et al., 2011). Következetesen egy reciprok mutáns SOX2KE (Lys59Glu) elfogadta a sox17 endoderma meghatározó aktivitását, amikor a mESCs-ben túlexpresszálták (Jauch et al., 2011), amely egy további mutáció után (Glu46Leu) hatékony kooperatív kötődést eredményezett a tömörített motívumhoz OCT4 (Merino et al., 2014). Tekintettel arra, hogy a SOX2 és SOX17 HMG doménjei lényegében azonosak az egér és az ember között (ábra. 2), ezeknek a mutánsoknak az emberi sejtekben való funkcionális relevanciáját még meg kell vizsgálni.
a SOX2 kiemelkedő szerepet játszik az egér csíravonalának fejlődésében is. A SOX2 átmenetileg elnyomódik a BLIMP1 + mpgc-kben az E7.25 késői csík (LS) stádiumú embriókban, de nem sokkal később újra kifejeződik (Campolo et al., 2013; Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Scholer, Dressler, Rohdewohid, & Gruss, 1990; Yabuta et al., 2006). Ezt követően a SOX2 expressziós szintje csökkenni kezd a magzati gonadális PGC-kben E13.5-ről 17,5-re (Campolo et al., 2013). A SOX2 re-expressziója a Prdm14 jelenlététől függ, jelezve, hogy a Sox2 aktiválása a PRDM14 aktivitás után következik be (Yamaji et al., 2008). A CRE-expresszáló egérvonalak kombinációját használva a Sox2 törlése már az E7-ben.25-7, 5 a Blimp1-Cre alkalmazásával a STELLA+ mpgc-k csökkenését eredményezte az E7.5 bud stádiumú embriók proximális hátsó régiójában (Campolo et al., 2013). Ezek az embriók továbbá kimutatták a csírasejtek teljes hiányát mind az E13.5 embriók hím, mind nőstény ivarmirigyeiben. A SOX2-nek azonban nincs induktív szerepe az mPGC specifikációban, mivel a SOX2 kényszerített túlexpressziója megszünteti az mPGCLC specifikációt, még akkor is, ha a NANOG-ot túlexpresszálják (Murakami et al., 2016), jelezve, hogy a SOX2 szomatikus (valószínűleg idegi) induktív funkciója a mEpiLCs-ben domináns (Corsinotti et al., 2017; Zhao, Nichols, Smith, & Li, 2004), továbbá azt sugallja, hogy a sox2 elnyomásának átmeneti ablaka az mPGC specifikáció során fontos lehet a PGC sorsának védelme érdekében (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006). Mindazonáltal a Sox2 E9.0 és 10, 5 közötti deléciója TNAP-Cre alkalmazásával az oocyta és a pro-spermatogonia teljes deplécióját eredményezte a prepuberalis ovariumokban és a perinatális herékben. Nem figyeltek meg hatást a meiotikus spermatocitákra és petesejtekre, amikor a Sox2-t a meiotikus csírasejtekben expresszált Spo11-Cre alkalmazásával törölték. Ezek a megfigyelések azt mutatják, hogy SOX2 szükséges az mPGC túléléséhez az mPGC fejlődési szakaszainak egy sorában egészen a meiózisig (Campolo et al., 2013). Mivel az OCT4 és a NANOG együtt expresszálódik a SOX2-vel meghatározott mpgc-kben (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006), nem világos, hogy a SOX2 szerepe a premeiotikus mpgc-kben kooperatív interakciókat foglal-e magában az OCT4-gyel és a NANOG-val, vagy kifejezetten működik-e. Mindenesetre, mivel a SOX2 nincs kifejezve hPGCs-ben (Irie et al., 2015; Perrett et al., 2008), nem valószínű, hogy a SOX2 szabályozási funkciói léteznének az emberi csíravonalban.