SOX2

4.3.2 SOX2 es un TF de pluripotencia clave requerido para el desarrollo de PGC de ratón, pero ausente de la línea germinal humana

SOX2 en ratón y humano pertenece a la familia de TFs SOXB1 que comprende SOX1, SOX2 y SOX3 (Pevny & Lovell-Badge, 1997; Schepers et al., 2002; Uchikawa et al., 1999). SOXB1 TFs están involucrados en gran medida en el desarrollo del neurectodermo (Uchikawa et al., 1999; Wood & Episkopou, 1999). SOX2 es el único TF SOXB expresado en embriones antes de la implantación, donde se localiza inicialmente en el citoplasma en el cigoto antes de restringirse al núcleo en embriones de ratón 4C-6C (Avilion et al., 2003; Keramari et al., 2010). El análisis transcriptómico unicelular indica que la expresión de Sox2 se asoció con las células internas de la mórula 16C que formarían el MCI (Fig. 1) (Guo et al., 2010). En embriones humanos, el enriquecimiento de las transcripciones de SOX2 se detectó un poco más tarde, en morulas 8C, probablemente un atributo de su ZGA prolongado (Blakeley et al., 2015).

SOX2 es indispensable para mantener la pluripotencia del mESC y actúa aguas abajo de OCT4 (Masui et al., 2007; Niwa, Masui, Chambers, Smith, & Miyazaki, 2002; Wong et al., 2016). Sin embargo, los estudios de derribo en hESCs sugirieron un papel regulador del linaje de la pluripotencia TFs, donde SOX2 inhibió la identidad primitiva tipo raya promovida por OCT4 (Wang, Oron, Nelson, Razis, & Ivanova, 2012). De hecho, SOX2 y OCT4 se segregan progresivamente y se asocian con los linajes neuroectodermos y mesendodermos, respectivamente, en la diferenciación de los MESC (Thomson et al., 2011), consistente con el estado pluripotente de cebado de hESCs (Nichols & Smith, 2009).

Los estudios de inmunoprecipitación con cromatina (ChIP) en mESCs revelaron que SOX2 se colocaliza con OCT4 y NANOG en el ADN genómico en proximidad de una cohorte de genes asociados a pluripotencia (Chen et al., 2008; Kim, Chu, Shen, Wang, & Orkin, 2008; Loh et al., 2006; Marson et al., 2008) incluyendo genes implicados en la inactivación del cromosoma X como Tsix y Rnf12( Navarro, Moffat, Mullin, & Chambers, 2011; Navarro et al., 2010). El descubrimiento del motivo identificó una secuencia compuesta que comprende un sitio de unión Octámero y Sox dispuesto en una orientación específica (conocido como motivo Oct-Sox) dentro de la proximidad de muchos genes asociados a pluripotencia (Chen et al., 2008; Kondoh & Kamachi, 2010; Loh et al., 2006). Muchos de estos marcadores relacionados con la pluripotencia están controlados por activación transcripcional cooperativa SOX2 y 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 noción es en gran medida consistente con los estudios de ChIP en hESCs (Boyer et al., 2005) que muestran más similitud con los MEPIS que con los MESC (Matsuda et al., 2017). Estas observaciones indican que la función reguladora central de SOX2 en la pluripotencia de ratones y humanos es en gran medida comparable.

El dominio HMG de SOX2, como SOX17, se une al surco menor del ADN con la secuencia de consenso 5′-(A/T) (A / T)CAAAG-3 ‘ (Bowles et al., 2000). La observación de que SOXB1 y SOXF TFs se unen a secuencias de motivos bastante similares indica que los SOX TFs en general se unen de forma no específica a un motivo SOX bastante genérico y sus funciones se confieren en gran medida por interacciones con factores específicos de tejidos (Kondoh & Kamachi, 2010). El dominio C-terminal de SOX2 contiene una región rica en serina dentro de un dominio de transactivación (Ambrosetti, Schöler, Dailey, & Basilico, 2000; Nowling, Johnson, Wiebe, & Rizzino, 2000). Esta región rica en serina comprende un motivo de repetición triple que es crucial para la interacción física directa con NANOG en mESCs (Gagliardi et al., 2013). El dominio HMG en sí interactúa con el dominio POU específico (POU) de OCT4 en el ADN, donde la interfaz de interacción involucra cinco residuos de aminoácidos en el HMG (Fig. 2) (Ambrosetti et al., 1997; Chambers & Tomlinson, 2009; Reményi et al., 2003; Williams et al., 2004)

Fig. 2. La interfaz de interacción OCT4 en los dominios HMG SOX2 y SOX17. Los residuos resaltados en rojo / negro son parte de los residuos que interactúan con OCT4 predichos a partir de estudios estructurales (Reményi et al., 2003; Williams, Cai, & amp; Clore, 2004) que se demostró que conmutaban funciones si se intercambiaban (Jauch et al., 2011). Los residuos resaltados en azul se describieron para cambiar la unión de SOX2 a un motivo Oct-Sox comprimido (Merino et al., 2014; Palasingam et al., 2009). Los residuos resaltados en verde se describieron adicionalmente en Reményi et al. (2003) y Williams et al. (2004). Los asteriscos denotan residuos idénticos; la conservación de residuos entre grupos de fuerte y débil similitud en propiedades químicas se etiqueta con dos puntos (:) y punto (.), respectivamente. Los residuos que comprenden las tres hélices alfa se indican en casillas.

El modo de interacción OCT4-SOX2 en el ADN se consideraba convencionalmente escalonado, donde la unión de SOX2 al motivo Oct-Sox estabiliza la conformación unida al ADN de OCT4 (Chambers & Tomlinson, 2009). Estudios recientes que monitorean la dinámica de una sola molécula de SOX2 en la cromatina reportaron un mecanismo que involucra la actividad inicial del genoma de SOX2 antes de detenerse en un motivo objetivo que parece más prominente en el ensamblaje del complejo proteico OCT4-SOX2 (Chen et al., 2014). Esta observación de la participación del genoma independiente indicó que los SOX TFs poseen una actividad pionera de establecer un complejo transcripcional para la regulación del gen diana (Hou, Srivastava, & Jauch, 2017).

Basado en ensayos de desplazamiento de movilidad electroforética (EMSA), SOX2 no puede unirse cooperativamente con OCT4 en motivos Oct-Sox «comprimidos» a diferencia de SOX17, donde la distancia entre el Octámero y el sitio de unión Sox se reduce en comparación con motivos «canónicos», posiblemente debido a obstáculos estéricos (Jauch et al., 2011). Esta exclusividad puede ser importante para la redistribución parcial de OCT4 entre motivos canónicos y comprimidos durante el compromiso del linaje(Aksoy et al., 2013). Consistente con esta noción, una mutación puntual Glu122Lys en el dominio HMG SOX17 (SOX17EK), que es parte de la interfaz de interacción con OCT4 (Fig. 2), convirtió el TF mutante para funcionar como SOX2 en apoyo de la adquisición de pluripotencia inducida (Jauch et al., 2011; Palasingam et al., 2009; Reményi et al., 2003; Williams et al., 2004). De hecho, SOX17EK mostró encuadernación cooperativa con OCT4 en el motivo canónico Oct-Sox(Aksoy et al., 2013; Jauch et al., 2011). Consistentemente, un mutante recíproco SOX2KE (Lys59Glu) adoptó la actividad especificadora de endodermos de SOX17 cuando se sobreexpresa en mESCs (Jauch et al., 2011), que tras una mutación adicional (Glu46Leu) resultó en una unión cooperativa eficiente al motivo comprimido con OCT4 (Merino et al., 2014). Dado que los dominios HMG de SOX2 y SOX17 son esencialmente idénticos entre ratón y humano (Fig. 2), la relevancia funcional de estos mutantes en las células humanas aún no se ha probado.

SOX2 también tiene un papel destacado en el desarrollo de la línea germinal del ratón. SOX2 se reprime transitoriamente en dirigibles 1+ MPGC en embriones en estadio E7.25 de racha tardía (LS), pero se vuelve a expresar poco después (Campolo et al., 2013; Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Scholer, Dressler, Rohdewohid, & Gruss, 1990; Yabuta et al., 2006). Posteriormente, el nivel de expresión de SOX2 comienza a disminuir en los CPG gonadales fetales de E13, 5 a 17,5 (Campolo et al., 2013). La reexpresión de SOX2 depende de la presencia de Prdm14, lo que indica que la activación de Sox2 está aguas abajo de la actividad de PRDM14 (Yamaji et al., 2008). Usando una combinación de líneas de ratón que expresan Cre, eliminación de Sox2 tan pronto como E7.25-7, 5 el uso de Blimp1-Cre resultó en la reducción de STELLA+ mPGCs en la región posterior proximal de embriones en etapa de brote E7, 5 (Campolo et al., 2013). Estos embriones mostraron además una ausencia completa de células germinales en las gónadas masculinas y femeninas de los embriones E13.5. Sin embargo, SOX2 no tiene un papel inductivo en la especificación mPGC, ya que la sobreexpresión forzada de SOX2 abroga la especificación mPGCLC incluso cuando NANOG está coexpresada (Murakami et al., 2016), lo que indica que la función inductiva somática (probablemente neuronal) de SOX2 en mEpiLCs es dominante (Corsinotti et al., 2017; Zhao, Nichols, Smith, & Li, 2004) y sugiere además que la ventana transitoria de represión de SOX2 durante la especificación de mPGC puede ser importante para salvaguardar el destino de PGC(Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006). No obstante, la deleción de Sox2 entre E9, 0 y 10,5 con el uso de TNAP-Cre produjo una depleción completa de ovocitos y pro-espermatogonias en ovarios prepúberes y testículos perinatales. No se observó ningún efecto en espermatocitos y ovocitos meióticos cuando se eliminó Sox2 utilizando Spo11-Cre expresado en células germinales meióticas. Estas observaciones indican que la SOX2 es necesaria para la supervivencia de los GMP en un rango de etapas de desarrollo de los GMP hasta la meiosis (Campolo et al., 2013). Dado que OCT4 y NANOG se coexpresan con SOX2 en MPGC especificados (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006), no está claro si el papel de SOX2 en los MPGC premeióticos implica interacciones cooperativas con OCT4 y NANOG o funciones distintivas. En cualquier caso, puesto que SOX2 no se expresa en hPGCs (Irie et al., 2015; Perrett et al., 2008), es poco probable que existan funciones reguladoras de SOX2 en la línea germinal humana.