4.3.2 SOX2 este o pluripotență cheie TF necesară pentru dezvoltarea PGC a mouse-ului, dar absentă din linia germinală umană
SOX2 în mouse și human aparține familiei SOXB1 de TFs cuprinzând SOX1, SOX2 și SOX3 (Pevny & Lovell-Badge, 1997; Schepers și colab., 2002; Uchikawa și colab., 1999). TF-urile SOXB1 sunt implicate în mare măsură în dezvoltarea neurectoderm (Uchikawa și colab., 1999; Lemn & Episkopou, 1999). SOX2 este singurul SOXB TF exprimat în embrioni înainte de implantare, unde este inițial localizat în citoplasmă în zigot înainte de a deveni limitat la nucleu în embrionii de șoarece 4c-6c (Avilion și colab., 2003; Keramari și colab., 2010). Analiza transcriptomică cu o singură celulă indică faptul că expresia Sox2 a fost asociată cu celulele interioare ale morulei 16C care ar forma ICM (Fig. 1) (Guo și colab., 2010). La embrionii umani, îmbogățirea transcrierilor SOX2 a fost detectată puțin mai târziu, în morulele 8C, probabil un atribut al ZGA lor prelungit (Blakeley și colab., 2015).
SOX2 este indispensabil în menținerea pluripotenței mESC și acționează în aval de OCT4 (Masui și colab., 2007; Niwa, Masui, Chambers, Smith, & Miyazaki, 2002; Wong și colab., 2016). Cu toate acestea, studiile de knockdown în hESCs au sugerat un rol de reglementare a liniei de pluripotență TFS, unde SOX2 a inhibat identitatea primitivă asemănătoare dungilor promovată de OCT4 (Wang, Oron, Nelson, Razis, & Ivanova, 2012). Într-adevăr, SOX2 și OCT4 se separă progresiv și se asociază cu neuroectoderm și mesendoderm linii, respectiv, în diferențierea MESC-urilor (Thomson și colab., 2011), în concordanță cu starea pluripotentă amorsată a hESCs (Nichols & Smith, 2009).
studiile de Imunoprecipitare a cromatinei (cip) în mESCs au arătat că SOX2 colocalizează cu OCT4 și NANOG pe ADN-ul genomic în apropierea unei cohorte de gene asociate pluripotenței (Chen și colab., 2008; Kim, Chu, Shen, Wang, & Orkin, 2008; Loh și colab., 2006; Marson și colab., 2008), inclusiv genele implicate în inactivarea cromozomului X, cum ar fi Tsix și Rnf12 (Navarro, Moffat, Mullin, & Chambers, 2011; Navarro și colab., 2010). Descoperirea motivelor a identificat o secvență compusă care cuprinde un situs de legare Octamer și Sox dispus într-o orientare specifică (cunoscut sub numele de motiv Oct-Sox) în apropierea multor gene asociate pluripotenței (Chen și colab., 2008; Kondoh & Kamachi, 2010; Loh și colab., 2006). Mulți dintre acești markeri legați de pluripotență sunt într-adevăr controlați de activarea transcripțională cooperativă SOX2 și OCT4 (Ambrosetti, Basilico, & Dailey, 1997; Chew și colab., 2005; Kuroda și colab., 2005; Nakatake și colab., 2006; Nishimoto, Fukushima, Okuda, & Muramatsu, 1999; Okumura-Nakanishi, Saito, Niwa, & Ishikawa, 2005; Rodda și colab., 2005; Tokuzawa și colab., 2003; Tomioka și colab., 2002; Yuan, Corbi, Basilico, & Dailey, 1995). Această noțiune este în mare măsură în concordanță cu studiile ChIP în hESCs (Boyer și colab., 2005) care prezintă mai multă asemănare cu mEpiSCs decât mESCs (Matsuda și colab., 2017). Aceste observații indică faptul că funcția de reglementare de bază a SOX2 în pluripotența șoarecilor și a oamenilor este în mare măsură comparabilă.
domeniul HMG al SOX2, la fel ca SOX17, se leagă de canelura minoră a ADN-ului cu secvența de consens 5′-(A/T)(A/T)CAAAG-3′ (Bowles și colab., 2000). Observația că TFs SOXB1 și SOXF se leagă de secvențe de motive destul de similare indică faptul că TFS SOX în general se leagă nespecific de un motiv SOX destul de generic și funcțiile lor sunt în mare parte conferite de interacțiunile cu factori specifici țesutului (Kondoh & Kamachi, 2010). Domeniul C-terminal al SOX2 conține o regiune bogată în serine într-un domeniu de transactivare (Ambrosetti, Sch Okticler, Dailey, & Basilico, 2000; Nowling, Johnson, Wiebe, & Rizzino, 2000). Această regiune bogată în serine cuprinde un motiv triplu repetat, care este crucial pentru interacțiunea fizică directă cu NANOG în mESCs (Gagliardi și colab., 2013). Domeniul HMG în sine interacționează cu domeniul specific POU (POUS) al OCT4 pe ADN unde interfața de interacțiune implică cinci reziduuri de aminoacizi pe HMG (Fig. 2) (Ambrosetti și colab., 1997; Chambers & Tomlinson, 2009; REM Otrivnyi și colab., 2003; Williams și colab., 2004)
Fig. 2. Interfața de interacțiune OCT4 în domeniile SOX2 și SOX17 HMG. Reziduurile evidențiate în roșu/negru fac parte din reziduurile care interacționează cu OCT4 prezise din studiile structurale (REM Otrivnyi și colab., 2003; Williams, Cai, & Clore, 2004) care s-au dovedit a comuta funcțiile dacă sunt schimbate (Jauch și colab., 2011). Reziduurile evidențiate în albastru au fost descrise pentru a schimba legarea SOX2 la motivul Oct-Sox comprimat (Merino și colab., 2014; Palasingam și colab., 2009). Reziduurile evidențiate în verde au fost descrise suplimentar în REM Elixni și colab. (2003) și Williams și colab. (2004). Asteriscurile denotă reziduuri identice; conservarea reziduurilor între grupuri de similitudine puternică și slabă în proprietățile chimice sunt etichetate cu colon (:) și Perioadă (.), respectiv. Reziduurile care cuprind cele trei spirale alfa sunt indicate în cutii.
modul de interacțiune OCT4-SOX2 asupra ADN-ului a fost considerat în mod convențional ca pas cu pas, unde legarea SOX2 la motivul Oct-Sox stabilizează conformația legată de ADN a OCT4 (Chambers & Tomlinson, 2009). Studii recente care monitorizează dinamica cu o singură moleculă a SOX2 pe cromatină au raportat un mecanism care implică activitatea inițială de implicare a genomului SOX2 înainte de a locui pe un motiv țintă care pare mai proeminent în ansamblul complexului proteic OCT4-SOX2 (Chen și colab., 2014). Această observație a angajării genomului independent a indicat faptul că SOX TFS posedă o activitate de pionierat de stabilire a unui complex transcripțional pentru reglarea genei țintă (Hou, Srivastava, & Jauch, 2017).
pe baza testelor de schimbare a mobilității electroforetice (EMSA), SOX2 nu se poate lega în mod cooperativ cu OCT4 pe motive Oct-Sox „comprimate” spre deosebire de SOX17, unde distanța dintre situl de legare Octamer și Sox este redusă în comparație cu motivele „canonice”, posibil datorită obstacolului steric (Jauch și colab., 2011). Această exclusivitate poate fi importantă pentru redistribuirea parțială a OCT4 între motive canonice și comprimate în timpul angajamentului descendenței (Aksoy și colab., 2013). În concordanță cu această noțiune, o singură mutație punctuală Glu122Lys în domeniul SOX17 HMG (SOX17EK), care face parte din interfața de interacțiune cu OCT4 (Fig. 2), a convertit mutantul TF pentru a funcționa ca SOX2 în susținerea dobândirii pluripotenței induse (Jauch și colab., 2011; Palasingam și colab., 2009; REM Otrivnyi și colab., 2003; Williams și colab., 2004). Într-adevăr, SOX17EK a arătat legarea cooperativă cu OCT4 pe motivul canonic Oct-Sox (Aksoy și colab., 2013; Jauch și colab., 2011). În mod consecvent, un mutant reciproc SOX2KE (Lys59Glu) a adoptat endodermul specificând activitatea SOX17 atunci când este supraexprimat în mESCs (Jauch și colab., 2011), care la o altă mutație (Glu46Leu) a dus la o legare cooperativă eficientă la motivul comprimat cu OCT4 (Merino și colab., 2014). Având în vedere că domeniile HMG ale SOX2 și SOX17 sunt în esență identice între șoarece și om (Fig. 2), relevanța funcțională a acestor mutanți în celulele umane rămâne de testat.
SOX2 are, de asemenea, un rol proeminent în dezvoltarea liniei germinale a șoarecilor. SOX2 este reprimat tranzitoriu în BLIMP1 + mPGCs în embrionii etapei E7.25 late streak (LS), dar re-exprimat la scurt timp după (Campolo și colab., 2013; Kurimoto, Yabuta și colab., 2008; Scholer, Dressler, Rohdewohid, & Gruss, 1990; Yabuta și colab., 2006). Ulterior, nivelul de Expresie al SOX2 începe să scadă în PGC-urile gonadale fetale de la E13.5 la 17,5 (Campolo și colab., 2013). Reexpresia SOX2 depinde de prezența Prdm14, indicând faptul că activarea Sox2 este în aval de activitatea PRDM14 (Yamaji și colab., 2008). Folosind o combinație de linii de șoarece care exprimă Cre, ștergerea Sox2 încă din E7.25-7.5 Utilizarea Blimp1-Cre a dus la reducerea STELLA+ mpgc în regiunea posterioară proximală a embrionilor din stadiul mugurilor E7.5 (Campolo și colab., 2013). Acești embrioni au arătat în continuare o absență completă a celulelor germinale atât în gonadele masculine, cât și în cele feminine ale embrionilor E13.5. Cu toate acestea, SOX2 nu are un rol inductiv în specificația mPGC, deoarece supraexprimarea forțată a SOX2 abrogă specificația mPGCLC chiar și atunci când NANOG este coexprimat (Murakami și colab., 2016), indicând faptul că funcția inductivă somatică (probabil neuronală) a SOX2 în mEpiLCs este dominantă (Corsinotti și colab., 2017; Zhao, Nichols, Smith, & Li, 2004) și sugerează în continuare că fereastra tranzitorie a represiunii SOX2 în timpul specificației mPGC poate fi importantă pentru a proteja soarta PGC (Kurimoto, Yabuta și colab., 2008; Yabuta și colab., 2006). Cu toate acestea, eliminarea Sox2 între E9.0 și 10.5 utilizând TNAP-Cre a dus la depleția completă a ovocitelor și pro-spermatogoniei în ovarele prepuberale și testiculele perinatale. Nu s-a observat niciun efect în spermatocitele și ovocitele meiotice atunci când Sox2 a fost șters folosind Spo11-Cre exprimat în celulele germinale meiotice. Aceste observații indică faptul că SOX2 este necesar pentru supraviețuirea mPGC într-o serie de etape de dezvoltare mPGC până la meioză (Campolo și colab., 2013). Deoarece OCT4 și NANOG sunt co-exprimate cu SOX2 în mpgc specificate (Kurimoto, Yabuta, și colab., 2008; Yabuta și colab., 2006), nu este clar dacă rolul SOX2 în mpgc-urile premeiotice implică interacțiuni de cooperare cu OCT4 și NANOG sau funcții distinct. În orice caz, deoarece SOX2 nu este exprimat în hPGCs (Irie și colab., 2015; Perrett și colab., 2008), este puțin probabil să existe funcții de reglementare pentru SOX2 în linia germinală umană.