4.3.2 SOX2 jest kluczowym PLURIPOTENCJALNYM TF wymaganym do rozwoju myszy PGC, ale nieobecnym w ludzkiej linii zarodkowej
SOX2 u myszy i człowieka należy do rodziny TFs soxb1 obejmującej SOX1, SOX2 i SOX3 (Pevny & Lovell-Badge, 1997; Schepers et al.., 2002; Uchikawa et al., 1999). Soxb1 TFs są w dużej mierze zaangażowane w rozwój neurectoderm (Uchikawa et al., 1999; Wood & Episkopou, 1999). SOX2 jest jedynym SOXB TF wyrażonym w zarodkach przed implantacją, gdzie jest początkowo zlokalizowany w cytoplazmie w zygotie, zanim zostanie ograniczony do jądra w zarodkach myszy 4C – 6C (Avilion et al., 2003; Keramari et al., 2010). Jednokomórkowa analiza transkryptomiczna wskazuje, że ekspresja Sox2 była związana z wewnętrznymi komórkami moruli 16C, które tworzyłyby ICM (Fig. 1) (Guo et al., 2010). W embrionach ludzkich wzbogacenie transkryptów SOX2 wykryto nieco później, w 8C morulae, prawdopodobnie atrybutem ich przedłużającego się ZGA(Blakeley et al., 2015).
SOX2 jest niezbędny w utrzymaniu pluripotencji mESC i działa poniżej OCT4 (Masui et al., 2007; Niwa, Masui, Chambers, Smith, & Miyazaki, 2002; Wong et al., 2016). Jednak, knockdown studia w hESCs sugerować rodowód – regulacyjna rola pluripotency TFs, dokąd SOX2 hamować prymitywny smuga-podobny tożsamość promować OCT4 (Wang, Oron, Nelson, Razis, & Ivanova, 2012). Rzeczywiście, SOX2 i OCT4 stopniowo segregują i kojarzą się odpowiednio z liniami neuroectoderm i mesendoderm w różnicowaniu mESCs (Thomson et al., 2011), zgodnego ze stanem pluripotentnym hESCs (Nichols & Smith, 2009).
Immunoprecypitacja chromatyny (ChIP) badania w mESCs wykazały, że SOX2 kolokalizuje OCT4 i NANOG na genomowym DNA w pobliżu kohorty genów związanych z pluripotencją (Chen et al., 2008; Kim, Chu, Shen, Wang, & Orkin, 2008; Loh et al., 2006; Marson et al., 2008) w tym geny zaangażowane w inaktywację chromosomu X, takie jak Tsix i Rnf12 (Navarro, Moffat, Mullin, & Chambers, 2011; Navarro et al., 2010). Motif discovery zidentyfikował złożoną sekwencję zawierającą Oktamer i miejsce wiązania Sox ułożone w określonej orientacji (znany jako motyw Oct-Sox) w pobliżu wielu genów związanych z pluripotencją (Chen et al., 2008; Kondoh & Kamachi, 2010; Loh et al., 2006). Wiele z tych markerów związanych z pluripotencją jest rzeczywiście kontrolowanych przez sox2 i OCT4 kooperatywną aktywację transkrypcyjną (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). Pojęcie to jest w dużej mierze zgodne z badań ChIP w hESCs (Boyer et al., 2005), które wykazują większe podobieństwo do mEpiSCs niż mESCs (Matsuda et al., 2017). Obserwacje te wskazują, że podstawowa funkcja regulacyjna SOX2 u myszy i człowieka pluripotencji jest w dużej mierze porównywalna.
domena HMG SOX2, podobnie jak SOX17, wiąże się z mniejszym rowkiem DNA za pomocą sekwencji konsensusu 5′-(A/T) (A / T)CAAAG-3 ’ (Bowles et al., 2000). Obserwacja, że Soxb1 i SOXF TFs wiążą się z dość podobnymi sekwencjami motywów wskazuje, że Sox TFs ogólnie wiążą się niespecyficznie z raczej ogólnym motywem SOX, a ich funkcje są w dużej mierze nadawane przez interakcje z czynnikami specyficznymi dla tkanek (Kondoh & Kamachi, 2010). Domena C-terminala sox2 zawiera region bogaty w serynę w domenie transakcyjnej (Ambrosetti, Schöler, Dailey, & Basilico, 2000; Nowling, Johnson, Wiebe, & Rizzino, 2000). Ten region bogaty w serynę zawiera motyw potrójnie powtarzający się, który jest kluczowy dla bezpośredniej fizycznej interakcji z NANOG w mESCs (Gagliardi et al., 2013). Sama domena HMG oddziałuje z domeną Pou (Pous) OCT4 na DNA, gdzie interfejs interakcji obejmuje pięć reszt aminokwasowych na HMG (Fig. 2) (Ambrosetti et al., 1997; Chambers & Tomlinson, 2009; Reményi et al., 2003; Williams et al., 2004)
Fig. 2. Interfejs interakcji OCT4 w domenach SOX2 i SOX17 HMG. Pozostałości zaznaczone na czerwono / czarno są częścią interakcji pozostałości z OCT4 przewidywanych z badań strukturalnych (Reményi et al., 2003; Williams, CAI, & amp; Clore, 2004), które okazały się przełączać funkcje, jeśli zamienione (Jauch et al., 2011). Pozostałości zaznaczone na niebiesko zostały opisane w celu zmiany wiązania SOX2 do skompresowanego motywu Oct-Sox (Merino et al., 2014; Palasingam et al., 2009). Pozostałości zaznaczone na Zielono zostały dodatkowo opisane w Reményi et al. (2003) oraz Williams et al. (2004). Gwiazdki oznaczają identyczne pozostałości; zachowanie pozostałości pomiędzy grupami o silnym i słabym podobieństwie we właściwościach chemicznych oznacza się dwukropkiem (:) i kropką (.), odpowiednio. Pozostałości zawierające trzy helisy alfa są wskazane w rubrykach.
sposób interakcji OCT4-SOX2 z DNA był konwencjonalnie uważany za stopniowy, gdzie Wiązanie SOX2 z motywem Oct-Sox stabilizuje konformację OCT4 związaną z DNA (Chambers & Tomlinson, 2009). Ostatnie badania monitorujące dynamikę jednocząsteczkową SOX2 na chromatynie donosiły o mechanizmie obejmującym początkową aktywność angażującą Genom SOX2 przed rozważeniem motywu docelowego, który wydaje się bardziej widoczny w montażu kompleksu białkowego OCT4-SOX2 (Chen i wsp ., 2014). Ta obserwacja niezależnego zaangażowania genomu wykazała, że Sox TFs posiadają pionierską aktywność polegającą na ustanowieniu kompleksu transkrypcyjnego do regulacji genów docelowych (Hou, Srivastava, & Jauch, 2017).
opierając się na testach elektroforetycznej mobilności (EMSA), SOX2 nie może współpracować z OCT4 na „skompresowanych” motywach Oct-Sox, w przeciwieństwie do SOX17, gdzie odległość między Oktamerem a miejscem wiązania Sox jest zmniejszona w porównaniu do motywów „kanonicznych”, prawdopodobnie z powodu przeszkody sterycznej (Jauch et al., 2011). Ta wyłączność może być ważna dla częściowej redystrybucji OCT4 między motywami kanonicznymi i skompresowanymi podczas zaangażowania linii (Aksoy et al., 2013). Zgodnie z tym pojęciem, pojedyncza mutacja punktowa Glu122Lys w domenie SOX17 HMG( SOX17EK), która jest częścią interfejsu interakcji z OCT4 (Fig. 2), przekształcił zmutowany TF, aby działał jak SOX2 we wspieraniu nabycia indukowanej pluripotencji (Jauch et al., 2011; Palasingam et al., 2009; Reményi et al., 2003; Williams et al., 2004). Rzeczywiście, SOX17EK pokazał kooperatywne wiązanie z OCT4 na kanonicznym motywie Oct-Sox (Aksoy et al., 2013; Jauch et al., 2011). Konsekwentnie, Mutant wzajemny SOX2KE (Lys59Glu) przyjął endodermę określającą aktywność SOX17, gdy nadmierna ekspresja w mESCs (Jauch i wsp., 2011), co po kolejnej mutacji (Glu46Leu) spowodowało skuteczne Wiązanie kooperacyjne z skompresowanym motywem OCT4 (Merino et al., 2014). Biorąc pod uwagę, że domeny HMG sox2 i SOX17 są zasadniczo identyczne między myszą a człowiekiem (rys. 2), znaczenie funkcjonalne tych mutantów w komórkach ludzkich pozostaje do zbadania.
SOX2 ma również znaczącą rolę w rozwoju linii zarodkowej myszy. SOX2 jest przejściowo tłumiony w BLIMP1 + mPGCs w embrionach E7. 25 late streak (LS) stadium, ale wkrótce potem ponownie wyrażony (Campolo et al., 2013; Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Scholer, Dressler, Rohdewohid, & Gruss, 1990; Yabuta et al., 2006). Następnie poziom ekspresji SOX2 zaczyna spadać w PGC gonad płodowych z E13.5 do 17,5 (Campolo et al., 2013). Reekspresja SOX2 zależy od obecności Prdm14, co wskazuje, że aktywacja Sox2 jest następstwem aktywności PRDM14 (Yamaji et al., 2008). Stosując kombinację kreślonych linii myszy, delecję Sox2 już w E7.25-7, 5 zastosowanie Blimp1-Cre spowodowało redukcję STELLA + mPGCs w proksymalnym tylnym obszarze zarodków E7. 5 bud Stadium (Campolo et al., 2013). Ponadto zarodki te wykazały całkowity brak komórek zarodkowych w gonadach męskich i żeńskich zarodków E13.5. Jednak SOX2 nie ma indukcyjnej roli w specyfikacji mPGC, ponieważ wymuszona nadekspresja SOX2 uchyla specyfikację mPGCLC nawet wtedy, gdy NANOG jest współekspresja (Murakami et al., 2016), wskazując, że somatyczna (prawdopodobna neuronowa) indukcyjna funkcja SOX2 u mEpiLCs jest dominująca (Corsinotti et al., 2017; Zhao, Nichols, Smith, & Li, 2004) i dalej sugeruje, że przejściowe okno represji SOX2 podczas specyfikacji mPGC może być ważne dla zabezpieczenia losu PGC (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006). Niemniej jednak delecja Sox2 między E9.0 a 10. 5 przy użyciu TNAP-Cre doprowadziła do całkowitego wyczerpania oocytów i pro-spermatogonii w jajnikach przedporodowych i jądrach okołoporodowych. Nie zaobserwowano wpływu na mejotyczne spermatocyty i oocyty, gdy sox2 został usunięty za pomocą Spo11-Cre wyrażony w mejotycznych komórkach zarodkowych. Obserwacje te wskazują, że SOX2 jest wymagany do przetrwania mPGC w różnych stadiach rozwoju mPGC aż do mejozy (Campolo et al., 2013). Ponieważ OCT4 i NANOG są współwyrażane z SOX2 w określonych mpgc (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006), nie jest jasne, czy rola SOX2 w premeiotic mPGCs obejmuje współdziałanie z OCT4 i NANOG lub funkcje wyraźnie. W każdym razie, ponieważ SOX2 nie jest wyrażany w hPGCs(Irie et al., 2015; Perrett et al., 2008), jest mało prawdopodobne, aby jakiekolwiek funkcje regulacyjne dla SOX2 istniały w linii zarodkowej człowieka.