SOX2

4.3.2 SOX2 é uma chave pluripotency TF necessário para mouse PGC desenvolvimento, mas ausente do humano germinativa

SOX2 no rato e humano pertence ao SOXB1 família de TFs compreendendo SOX1, SOX2 e SOX3 (Pevny & Lovell-Badge, 1997; Schepers et al., 2002; Uchikawa et al., 1999). Os TFs SOXB1 estão em grande parte envolvidos no desenvolvimento de neurectoderm (Uchikawa et al., 1999; Wood & Episkopou, 1999). SOX2 é o único TF SOXB expresso em embriões antes da implantação, onde é inicialmente localizado no citoplasma no zigoto antes de se restringir ao núcleo em embriões de ratos 4C-6C (Avilion et al., 2003; Keramari et al., 2010). A análise transcriptômica monocelular indica que a expressão Sox2 foi associada com as células internas da morula 16C que formariam a MCI (Fig. 1) (Guo et al., 2010). Em embriões humanos, o enriquecimento de transcrições de SOX2 foi detectado um pouco mais tarde, em 8C morulae, provavelmente um atributo do seu prolongado ZGA (Blakeley et al., 2015).

SOX2 é indispensável para manter a pluripotência mESC e atua a jusante de OCT4 (Masui et al., 2007; Niwa, Masui, Chambers, Smith, & Miyazaki, 2002; Wong et al., 2016). No entanto, estudos de knockdown em hESCs sugeriram um papel regulador da linhagem do TFs pluripotência, onde o SOX2 inibiu a identidade primitiva de streak promovida por OCT4 (Wang, Oron, Nelson, Razis, & Ivanova, 2012). Na verdade, o SOX2 e o OCT4 segregam progressivamente e associam-se às linhagens de neuroectoderme e mesendoderme, respectivamente, na diferenciação dos MESC (Thomson et al., 2011), consistente com o primed pluripotent state of hESCs (Nichols & Smith, 2009).

Chromatin immunoprecipitation (ChIP) studies in mESCs revealed that SOX2 colocalizes with OCT4 and NANOG on the genomic DNA in proximity to a coort of pluripotency-associated genes (Chen et al., 2008; Kim, Chu, Shen, Wang, & Orkin, 2008; Loh et al., 2006; Marson et al., 2008) incluindo genes envolvidos na inactivação do cromossoma X, tais como Tsix e Rnf12 (Navarro, Moffat, Mullin, & Chambers, 2011; Navarro et al., 2010). A descoberta do motivo identificou uma sequência composta que compreende um local de ligação Octamer e Sox dispostos em uma orientação específica (conhecido como motivo Oct-Sox) na proximidade de muitos genes associados à pluripotência (Chen et al., 2008; Kondoh & Kamachi, 2010; Loh et al., 2006). Muitos destes marcadores relacionados com a pluripotência são efectivamente controlados pela activação transcriptional cooperativa SOX2 e OCT4 (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). Esta noção é em grande parte consistente com os estudos de ChIP em hESCs (Boyer et al., 2005) que exibem mais similaridade com mEpiSCs do que mESCs (Matsuda et al., 2017). Estas observações indicam que a função reguladora principal do SOX2 no rato e na pluripotência humana é amplamente comparável.

o domínio HMG de SOX2, tal como SOX17, liga-se ao sulco menor do ADN com a sequência de consenso 5′-(a/T)(A/T)CAAAG-3′ (Bowles et al., 2000). A observação de que Soxb1 e Soxf TFs se ligam a sequências de motivos bastante semelhantes indica que SOX TFs em geral se ligam não especificamente a um motivo Sox bastante genérico e suas funções são amplamente conferidas por interações com fatores específicos dos tecidos (Kondoh & Kamachi, 2010). O domínio C-terminal do SOX2 contém uma região rica em serinas dentro de um domínio de transativação (Ambrosetti, Schöler, Dailey, & Basilico, 2000; Nowling, Johnson, Wiebe, & Rizzino, 2000). Esta região rica em serinas compreende um motivo Triplo-repetido que é crucial para a interação física direta com NANOG em mESCs (Gagliardi et al., 2013). O próprio domínio HMG interage com o domínio POU-specific (POUS) de OCT4 no ADN, onde a interface de interacção envolve cinco resíduos de aminoácidos na HMG (Fig. 2) (Ambrosetti et al., 1997; Chambers & Tomlinson, 2009; Reményi et al., 2003; Williams et al., 2004)

Fig. 2. The OCT4 interaction interface in SOX2 and SOX17 HMG domains. Os resíduos destacados em vermelho / preto fazem parte dos resíduos em interacção com o OCT4 previstos a partir de estudos estruturais (Reményi et al., 2003; Williams, Cai, & Clore, 2004) que foram mostrados para mudar funções se trocados (Jauch et al., 2011). Os resíduos destacados em azul foram descritos para mudar a ligação do SOX2 a motivos Oct-Sox comprimidos (Merino et al., 2014; Palasingam et al., 2009). Os resíduos destacados em verde foram também descritos em Reményi et al. (2003) and Williams et al. (2004). Asteriscos denotam resíduos idênticos; conservação de resíduos entre grupos de similaridade forte e fraca nas propriedades químicas são rotulados com o cólon (:) e o período (.), respectivamente. Os resíduos constituídos pelas três hélices alfa são indicados nas caixas.

the mode of OCT4-SOX2 interaction on DNA was conventionally regarded as stepwise, where SOX2 binding to the Oct-Sox motif stabilizes the DNA-bound conformation of OCT4 (Chambers & Tomlinson, 2009). Estudos recentes monitorando a dinâmica de molécula única de SOX2 na cromatina relataram um mecanismo envolvendo a atividade inicial de ativação do genoma de SOX2 antes de residir em um motivo alvo que parece mais proeminente na montagem do complexo proteico OCT4-SOX2 (Chen et al., 2014). Esta observação de engajamento do genoma independente indicou que o Sox TFs possui uma atividade pioneira de estabelecer um complexo transcritional para a regulação do gene alvo (Hou, Srivastava, & Jauch, 2017).

Based on electrophoretic mobility shift assays( EMSA), SOX2 cannot cooperatively bind with OCT4 on “compressed” Oct-Sox motifs unlike SOX17, where the distance between the Octamer and Sox binding site is reduced compared to “canonical” motifs, possibly due to steric hindrance (Jauch et al., 2011). Esta exclusividade pode ser importante para a redistribuição parcial de OCT4 entre motivos canônicos e comprimidos durante o compromisso da linhagem (Aksoy et al., 2013). Consistente com esta noção, uma única mutação do ponto Glu122Lys no domínio de SOX17 HMG( SOX17EK), que é parte da interface de interação com OCT4 (Fig. 2), converteu o TF mutante para funcionar como SOX2 em apoio à aquisição de pluripotência induzida (Jauch et al., 2011; Palasingam et al., 2009; Reményi et al., 2003; Williams et al., 2004). Na verdade, SOX17EK mostrou ligação cooperativa com OCT4 no motivo canônico Oct-Sox (Aksoy et al., 2013; Jauch et al., 2011). Consistentemente, um mutante recíproco SOX2KE (Lys59Glu) adotou o endoderma especificando a atividade de SOX17 quando sobreexpressed em mESCs (Jauch et al., 2011), que após uma nova mutação (Glu46Leu) resultou em uma eficiente ligação cooperativa ao tema comprimido com OCT4 (Merino et al., 2014). Dado que os domínios HMG de SOX2 e SOX17 são essencialmente idênticos entre mouse e humano(Fig. 2), a relevância funcional destes mutantes nas células humanas permanece por testar.

SOX2 também tem um papel proeminente no desenvolvimento da linha germinal do rato. SOX2 é transitoriamente reprimido em BLIMP1+ mPGCs Em E7. 25 embriões em fase tardia (LS), mas re-Expresso logo após (Campolo et al., 2013; Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Scholar, Dressler, Rohdewohid, & Gruss, 1990; Yabuta et al., 2006). Posteriormente, o nível de expressão do SOX2 começa a diminuir nos PCs gonadais fetais de E13. 5 a 17.5 (Campolo et al., 2013). A re-expressão do SOX2 depende da presença do Prdm14, indicando que a ativação do Sox2 está a jusante da atividade PRDM14 (Yamaji et al., 2008). Usando uma combinação de linhas de CRE-expressing mouse, exclusão de Sox2 tão cedo quanto E7.25-7. 5 a utilização de Blimp1-Cre resultou na redução de STELLA+ mPGCs na região posterior proximal de E7.5 embriões de estágio bud (Campolo et al., 2013). Estes embriões revelaram ainda uma ausência completa de células germinativas em gónadas masculinas e femininas de embriões E13.5. No entanto, SOX2 não tem um papel indutivo na especificação mPGC, uma vez que a sobreexpressão forçada de SOX2 ab-ab-roga a especificação mPGCLC mesmo quando NANOG é co-sobre-expresso (Murakami et al., 2016), indicando que a função somática (provavelmente neural) indutiva de SOX2 em mEpiLCs é dominante (Corsinotti et al., 2017; Zhao, Nichols, Smith, & Li, 2004) e sugere ainda que a janela transitória da repressão SOX2 durante a especificação mPGC pode ser importante para salvaguardar o destino PGC (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006). No entanto, a eliminação de Sox2 entre E9.0 e 10.5 utilizando o TNAP-Cre resultou na depleção completa de oócitos e pro-espermatogonia em ovários pré-púberes e testículos perinatais. Não se observou efeito nos espermatócitos e oócitos meióticos quando o Sox2 foi eliminado utilizando Spo11-Cre expresso em células germinativas meióticas. Estas observações indicam que o SOX2 é necessário para a sobrevivência de mPGC em uma série de estágios de desenvolvimento de mPGC até a meiose (Campolo et al., 2013). Uma vez que o OCT4 e o NANOG são co-expressos com o SOX2 em mPGCs especificados (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006), it is not clear whether the role of SOX2 in premeiotic mPGCs involves cooperative interactions with OCT4 and NANOG or functions distinctly. Em qualquer caso, uma vez que o SOX2 não é expresso em hPGCs (Irie et al., 2015; Perrett et al., 2008), é improvável que quaisquer funções regulatórias para SOX2 existam na linha germinal humana.