4.3.2 SOX2 is een belangrijke pluripotentie TF vereist voor Muis PGC ontwikkeling, maar afwezig in menselijke kiemlijn
SOX2 in muis en de mens behoort tot de soxb1 familie van TFs bestaande uit SOX1, SOX2 en SOX3 (Pevny & Lovell-Badge, 1997; Schepers et al., 2002; Uchikawa et al., 1999). SOXB1 TFs zijn grotendeels betrokken bij de ontwikkeling van neurectoderm (uchikawa et al., 1999; Wood & Episkopou, 1999). SOX2 is de enige SOXB TF die tot expressie komt in embryo ’s vóór implantatie, waar het aanvankelijk gelokaliseerd is in het cytoplasma in de zygote voordat het beperkt wordt tot de kern in 4C-6C muizenembryo’ s (Avilion et al., 2003; Keramari et al., 2010). Eencellige transcriptomische analyse geeft aan dat sox2 expressie geassocieerd werd met de binnenste cellen van de 16C morula die de ICM zouden vormen (Fig. 1) (Guo et al., 2010). In menselijke embryo ‘ s, verrijking van sox2 transcripten werd ontdekt een beetje later, in 8C morulae, waarschijnlijk een attribuut aan hun langdurige ZGA (Blakeley et al., 2015).
SOX2 is onmisbaar voor het behoud van MESC pluripotentie en handelingen na OCT4 (Masui et al., 2007; Niwa, Masui, Chambers, Smith, & Miyazaki, 2002; Wong et al., 2016). Echter, knockdown studies in hESCs suggereren een lineage-regulerende rol van pluripotency TFs, waar SOX2 inhibited primitive streak-like identity gepromoot door OCT4 (Wang, Oron, Nelson, Razis, & Ivanova, 2012). Inderdaad, sox2 en OCT4 geleidelijk scheiden en associëren met de neuroectoderm en mesendoderm lijnen, respectievelijk, in differentiëren mESCs (Thomson et al., 2011), consistent met de primaire pluripotente toestand van hESCs (Nichols & Smith, 2009).Chromatin immunoprecipitation (ChIP) studies in mESCs toonden aan dat SOX2 colocalizeert met OCT4 en NANOG op het genomische DNA in de nabijheid van een cohort van pluripotency-geassocieerde genen (Chen et al., 2008; Kim, Chu, Shen, Wang, & Orkin, 2008; Loh et al., 2006; Marson et al., 2008) met inbegrip van genen betrokken bij X-chromosoominactivatie zoals Tsix en Rnf12 (Navarro, Moffat, Mullin, & Chambers, 2011; Navarro et al., 2010). Motif discovery identificeerde een samengestelde sequentie bestaande uit een Octamer en Sox bindingsplaats gerangschikt in een specifieke oriëntatie (bekend als Oct-Sox motief) binnen de nabijheid van vele pluripotency-geassocieerde genen (Chen et al., 2008; Kondoh & Kamachi, 2010; Loh et al., 2006). Veel van deze pluripotency-gerelateerde markers worden inderdaad gecontroleerd door sox2 en OCT4 coöperatieve transcriptionele activering (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). Dit begrip is grotendeels consistent met ChIP studies in hESCs (Boyer et al., 2005) die meer gelijkenis vertonen met mEpiSCs dan mESCs (Matsuda et al., 2017). Deze waarnemingen geven aan dat de core regulatory functie van SOX2 in muis en mens pluripotency grotendeels vergelijkbaar is.
het HMG-domein van SOX2 bindt, net als SOX17, aan de kleine groef van DNA met de consensusreeks 5 ‘- (A/T)(A / T)CAAG-3’ (Bowles et al., 2000). De observatie dat SOXB1 en SOXF TFs zich binden aan vrij vergelijkbare motiefsequenties geeft aan dat Sox TFs in het algemeen niet specifiek binden aan een vrij generiek SOX-motief en hun functies worden grotendeels verleend door interacties met weefselspecifieke factoren (Kondoh & Kamachi, 2010). Het C-terminal domein van SOX2 bevat een serine-rijke regio binnen een transactivation domein (Ambrosetti, Schöler, Dailey, & Basilico, 2000; Nowling, Johnson, Wiebe, & Rizzino, 2000). Deze serine-rijke regio bestaat uit een triple-repeat motief dat cruciaal is voor de directe fysieke interactie met NANOG in mESCs (Gagliardi et al., 2013). Het HMG-domein zelf interageert met het Pou-specifieke (POUS) domein van OCT4 op DNA waar de interactieinterface vijf aminozuurresiduen op HMG impliceert (Fig. 2) (Ambrosetti et al., 1997; Chambers & Tomlinson, 2009; Reményi et al., 2003; Williams et al., 2004)
Fig. 2. De OCT4 interactieinterface in SOX2 en SOX17 HMG domeinen. In rood/zwart gemarkeerde residuen maken deel uit van de interagerende residuen met OCT4 die zijn voorspeld uit structurele studies (Reményi et al., 2003; Williams, Cai, & Clore, 2004) waarvan werd aangetoond dat ze van functie wisselden als ze werden verwisseld (Jauch et al., 2011). In blauw gemarkeerde residuen werden beschreven om de sox2-binding aan gecomprimeerd Oct-Sox-motief te veranderen (Merino et al., 2014; Palasingam et al., 2009). In het groen gemarkeerde residuen werden bovendien beschreven in Reményi et al. (2003) en Williams et al. (2004). Asterisken geven identieke residuen aan; residubehoud tussen groepen van sterke en zwakke overeenkomsten in chemische eigenschappen worden geëtiketteerd met dubbele punt (:) en punt (.), respectievelijk. De residuen, bestaande uit de drie alfaschroeven, worden in dozen aangegeven.
de wijze van OCT4-SOX2 interactie op DNA werd conventioneel als stapsgewijs beschouwd, waar sox2 die aan het Oct-Sox-motief binden de DNA-gebonden bouw van OCT4 stabiliseert (Chambers & Tomlinson, 2009). Recente studies die de enig-molecuuldynamiek van SOX2 op chromatin controleren rapporteerden een mechanisme dat aanvankelijke genoom betrekkende activiteit van SOX2 impliceert alvorens zich op een doelmotief te vestigen dat prominenter in de assemblage van het eiwitcomplex OCT4-SOX2 schijnt (Chen et al., 2014). Deze observatie van onafhankelijke genoombetrokkenheid gaf aan dat SOX TFs een baanbrekende activiteit bezit om een transcriptioneel complex voor doelgenregulatie tot stand te brengen (Hou, Srivastava, & Jauch, 2017).
gebaseerd op elektroforetische mobiliteitsverschuivingsanalyses (EMSA), kan SOX2 niet samenwerken met OCT4 op “gecomprimeerde” Oct-Sox-motieven, in tegenstelling tot SOX17, waar de afstand tussen de octamer en de SOX-bindingsplaats kleiner is in vergelijking met “canonieke” motieven, mogelijk als gevolg van sterische hinder (Jauch et al., 2011). Deze exclusiviteit kan belangrijk zijn voor de gedeeltelijke herverdeling van OCT4 tussen canonieke en gecomprimeerde motieven tijdens lineage commitment (Aksoy et al., 2013). In overeenstemming met deze notie, een enkele Glu122Lys puntmutatie in het sox17 HMG domein (SOX17EK), die deel uitmaakt van de interactie-interface met OCT4 (Fig. 2), omgezet de mutant TF om te functioneren als SOX2 in het ondersteunen van de overname van geïnduceerde pluripotency (Jauch et al., 2011; Palasingam et al., 2009; Reményi et al., 2003; Williams et al., 2004). Inderdaad, sox17ek toonde coöperatieve binding met OCT4 op het canonieke Oct-Sox motief (Aksoy et al., 2013; Jauch et al., 2011). Consistent, nam een wederkerige mutant SOX2KE (Lys59Glu) de endoderm aan die activiteit van SOX17 specificeert wanneer overexpresseerde in mESCs (Jauch et al., 2011), die bij een verdere mutatie (Glu46Leu) resulteerde in efficiënte coöperatieve binding aan het gecomprimeerde motief met OCT4 (Merino et al., 2014). Gezien het feit dat de HMG domeinen van SOX2 en SOX17 in wezen identiek zijn tussen muis en mens (Fig. 2), de functionele relevantie van deze mutanten in menselijke cellen moet nog worden getest.
SOX2 speelt ook een prominente rol in de ontwikkeling van de kiemlijn van muizen. SOX2 wordt tijdelijk onderdrukt in BLIMP1 + mpgc ’s in E7.25 late streak (LS) Stadium embryo’ s, maar snel daarna weer tot expressie gebracht (Campolo et al., 2013; Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Scholer, Dressler, Rohdewohid, & Gruss, 1990; Yabuta et al., 2006). Vervolgens begint het expressieniveau van SOX2 te dalen in foetale gonadale PGC ‘ s van E13.5 tot 17.5 (Campolo et al., 2013). Sox2 re-expressie is afhankelijk van de aanwezigheid van Prdm14, wat aangeeft dat de activering van Sox2 downstream is van PRDM14 activiteit (Yamaji et al., 2008). Met behulp van een combinatie van Cre-expressie muis lijnen, verwijdering van Sox2 zo vroeg als E7.25-7. 5 het gebruik van Blimp1-Cre resulteerde in de vermindering van STELLA + mpgc ’s in het proximale posterieure gebied van E7.5 knopstadium embryo’ s (Campolo et al., 2013). Deze embryo ’s toonden verder een volledige afwezigheid van geslachtscellen in zowel mannelijke als vrouwelijke gonaden van E13.5 embryo’ s. SOX2 heeft echter geen inductieve rol in de mPGC-specificatie, aangezien geforceerde overexpressie van SOX2 de mPGCLC-specificatie afschaft, zelfs wanneer NANOG mede-overexpressie heeft (Murakami et al., 2016), wat aangeeft dat de somatische (waarschijnlijke neurale) inductieve functie van SOX2 in mEpiLCs dominant is (Corsinotti et al ., 2017; Zhao, Nichols, Smith, & Li, 2004) en verder suggereert dat de transient window of SOX2 repression during mPGC specification may be important to safeguard the PGC fate (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006). Niettemin resulteerde deletie van Sox2 tussen E9.0 en 10,5 met TNAP-Cre in volledige depletie van eicellen en pro-spermatogonia in prepuberale eierstokken en perinatale testes. Er werd geen effect in meiotische spermatocyten en oöcyten waargenomen wanneer Sox2 werd verwijderd met behulp van Spo11-Cre uitgedrukt in meiotische kiemcellen. Deze waarnemingen geven aan dat SOX2 nodig is voor mPGC overleving over een reeks van mpgc ontwikkelingsstadia tot meiose (Campolo et al., 2013). Aangezien OCT4 en NANOG worden gecombineerd met SOX2 in gespecificeerde mpgc ‘ s (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006), is het niet duidelijk of de rol van SOX2 in premeiotic mPGCs coöperatieve interactie met OCT4 en NANOG of functies duidelijk impliceert. In ieder geval, aangezien SOX2 niet wordt uitgedrukt in hpgc ‘ s (Irie et al., 2015; Perrett et al., 2008), is het onwaarschijnlijk dat enige regulerende functies voor SOX2 bestaan in de menselijke kiemlijn.