SOX2

4.3.2 SOX2 är en viktig pluripotency TF krävs för mus PGC utveckling, men frånvarande från human germline

SOX2 i mus och människa tillhör SOXB1 familj av TFs innefattande SOX1, SOX2 och SOX3 (Pevny & Lovell-Badge, 1997; Schepers et al., 2002; Uchikawa et al., 1999). SOXB1 TFs är till stor del involverade i utvecklingen neurectoderm (Uchikawa et al., 1999; Trä & Episkopou, 1999). SOX2 är den enda SOXB TF uttryckt i embryon före implantation, där den initialt lokaliseras i cytoplasman i zygoten innan den begränsas till kärnan i 4C-6c musembryon (Avilion et al., 2003; Keramari et al., 2010). Encellig transkriptomisk analys indikerar att Sox2-uttrycket var associerat med de inre cellerna i 16C-morula som skulle bilda ICM (Fig. 1) (Guo et al., 2010). I mänskliga embryon upptäcktes anrikning av SOX2-transkript lite senare, i 8C morulae, sannolikt ett attribut till deras långvariga ZGA (Blakeley et al., 2015).

SOX2 är oumbärlig för att upprätthålla mESC pluripotency och verkar nedströms OCT4 (Masui et al., 2007; Niwa, Masui, Chambers, Smith, & Miyazaki, 2002; Wong et al., 2016). Knockdown-studier i hESCs föreslog emellertid en härstamningsreglerande roll för pluripotency TFs, där SOX2 hämmade primitiv streckliknande identitet som främjades av OCT4 (Wang, Oron, Nelson, Razis, & Ivanova, 2012). Faktum är att SOX2 och OCT4 gradvis segregerar och associerar med neuroektoderm respektive mesendodermlinjer i differentierande mESCs (Thomson et al., 2011), i överensstämmelse med det grundade pluripotenta tillståndet i hESCs (Nichols & Smith, 2009).

kromatin immunoprecipitation (ChIP) studier i mESCs avslöjade att SOX2 colocalizes med OCT4 och NANOG på genomiskt DNA i närheten av en kohort av pluripotensassocierade gener (Chen et al., 2008; Kim, Chu, Shen, Wang, & Orkin, 2008; Loh et al., 2006; Marson et al., 2008) inklusive gener involverade i X-kromosominaktivering såsom Tsix och Rnf12 (Navarro, Moffat, Mullin, & kammare, 2011; Navarro et al., 2010). Motif discovery identifierade en sammansatt sekvens innefattande en Oktamer och Sox-bindningsställe anordnad i en specifik orientering (känd som Oct-Sox-motiv) i närheten av många pluripotensassocierade gener (Chen et al., 2008; Kondoh & Kamachi, 2010; Loh et al., 2006). Många av dessa pluripotensrelaterade markörer styrs verkligen av SOX2 och OCT4 kooperativ transkriptionsaktivering (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). Denna uppfattning överensstämmer till stor del med Chipstudier i hESCs (Boyer et al., 2005) som uppvisar mer likhet med mEpiSCs än mESCs (Matsuda et al., 2017). Dessa observationer indikerar att kärnregleringsfunktionen för SOX2 i mus och mänsklig pluripotens i stor utsträckning är jämförbar.

HMG-domänen för SOX2, som SOX17, binder till det mindre spåret av DNA med konsensussekvensen 5′-(A/T)(A/T)CAAAG-3′ (Bowles et al., 2000). Observationen att SOXB1 och SOXF TFs binder till ganska liknande motivsekvenser indikerar att SOX TFs i allmänhet binder icke-specifikt till ett ganska generiskt SOX-motiv och deras funktioner till stor del ges av interaktioner med vävnadsspecifika faktorer (Kondoh & Kamachi, 2010). C-terminaldomänen för SOX2 innehåller en serin-rik region inom en transaktionsdomän (Ambrosetti, Sch Oguiller, Dailey, & Basilico, 2000; Nowling, Johnson, Wiebe, & Rizzino, 2000). Denna serinrika region innefattar ett trippel-upprepat motiv som är avgörande för den direkta fysiska interaktionen med NANOG i mESCs (Gagliardi et al., 2013). HMG-domänen själv interagerar med den POU-specifika (POUS) domänen för OCT4 på DNA där interaktionsgränssnittet involverar fem aminosyrarester på HMG (Fig. 2) (Ambrosetti et al., 1997; kamrar & Tomlinson, 2009; rem Brasilinyi et al., 2003; Williams et al., 2004)

Fig. 2. Oct4-interaktionsgränssnittet i SOX2-och SOX17 HMG-domäner. Rester markerade i rött / svart är en del av de interagerande resterna med OCT4 förutsagt från strukturstudier (rem Exceptioni et al., 2003; Williams, Cai, & Clore, 2004) som visade sig byta funktioner om de byttes (Jauch et al., 2011). Rester markerade i blått beskrevs för att ändra SOX2-bindning till komprimerat Oct-Sox-motiv (merino et al., 2014; Palasingam et al., 2009). Rester markerade i grönt beskrevs dessutom i Remactuborinyi et al. (2003) och Williams et al. (2004). Asterisker betecknar identiska rester; rester bevarande mellan grupper av starkt och svag likhet i kemiska egenskaper är märkta med kolon (:) och period (.), respektive. Rester som omfattar de tre alfa-spiralerna anges i lådor.

läget för Oct4-SOX2-interaktion på DNA betraktades konventionellt som stegvis, där SOX2-bindning till Oct-Sox-motivet stabiliserar den DNA-bundna konformationen av OCT4 (Chambers & Tomlinson, 2009). Nya studier som övervakade enkelmolekyldynamiken hos SOX2 på kromatin rapporterade en mekanism som involverade initial genom engagerande aktivitet av SOX2 innan de bodde på ett målmotiv som verkar mer framträdande i sammansättningen av Oct4-SOX2-proteinkomplexet (Chen et al., 2014). Denna observation av oberoende genomengagemang indikerade att SOX TFs har en banbrytande aktivitet för att upprätta ett transkriptionskomplex för målgenreglering (Hou, Srivastava, & Jauch, 2017).

baserat på elektroforetiska mobilitetsskiftanalyser (EMSA) kan SOX2 inte samarbeta med OCT4 på ”komprimerade” Oct-Sox-motiv till skillnad från SOX17, där avståndet mellan Oktamer och Sox-bindningsstället reduceras jämfört med ”kanoniska” motiv, möjligen på grund av steriskt hinder (Jauch et al., 2011). Denna exklusivitet kan vara viktig för partiell omfördelning av OCT4 mellan kanoniska och komprimerade motiv under härstamning engagemang (Aksoy et al., 2013). I överensstämmelse med detta begrepp, en enda Glu122Lys punktmutation i SOX17 HMG-domänen (SOX17EK), som är en del av interaktionsgränssnittet med OCT4 (Fig. 2), konverterade mutanten TF för att fungera som SOX2 för att stödja förvärvet av inducerad pluripotens (Jauch et al., 2011; Palasingam et al., 2009; rem Avsugningar et al., 2003; Williams et al., 2004). Faktum är att SOX17EK visade kooperativ bindning med OCT4 på det kanoniska Oct-Sox-motivet (Aksoy et al., 2013; Jauch et al., 2011). Konsekvent antog en ömsesidig mutant SOX2KE (Lys59Glu) endoderm som specificerar aktiviteten för SOX17 när den överuttrycks i mESCs (Jauch et al., 2011), som vid en ytterligare mutation (Glu46Leu) resulterade i effektiv kooperativ bindning till det komprimerade motivet med OCT4 (merino et al., 2014). Med tanke på att HMG-domänerna för SOX2 och SOX17 är väsentligen identiska mellan mus och människa (Fig. 2) återstår den funktionella relevansen av dessa mutanter i humana celler att testas.

SOX2 har också en framträdande roll i utvecklingen av musgroddar. SOX2 undertrycks tillfälligt i BLIMP1+ mPGCs i E7.25 Late streak (LS) scenembryon men uttrycks strax efter (Campolo et al., 2013; Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Scholer, Dressler, Rohdewohid, & Gruss, 1990; Yabuta et al., 2006). Därefter börjar expressionsnivån för SOX2 minska i fetala gonadala PGCs från E13.5 till 17, 5 (Campolo et al., 2013). SOX2 – omuttryck är beroende av närvaron av Prdm14, vilket indikerar att aktivering av Sox2 är nedströms PRDM14-aktivitet (Yamaji et al., 2008). Med hjälp av en kombination av Cre-uttryck muslinjer, radering av Sox2 så tidigt som E7.25-7.5 användning av Blimp1-Cre resulterade i minskningen av STELLA+ mPGCs i den proximala bakre regionen av E7.5 budstegsembryon (Campolo et al., 2013). Dessa embryon visade vidare en fullständig frånvaro av bakterieceller i både manliga och kvinnliga gonader av E13.5 embryon. SOX2 har emellertid inte en induktiv roll i mpgc-specifikationen, eftersom Tvingad överuttryck av SOX2 upphäver mpgclc-specifikationen även när NANOG är överuttryckt (Murakami et al., 2016), vilket indikerar att den somatiska (troliga neurala) induktiva funktionen hos SOX2 i mEpiLCs är dominerande (Corsinotti et al., 2017; Zhao, Nichols, Smith, & Li, 2004) och föreslår vidare att det övergående fönstret för SOX2-förtryck under mpgc-specifikationen kan vara viktigt för att skydda PGC-ödet (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006). Icke desto mindre resulterade radering av Sox2 mellan E9.0 och 10.5 med användning av TNAP-Cre i fullständig utarmning av oocyt och Pro-spermatogoni i prepuberala äggstockar och perinatala testiklar. Ingen effekt i meiotiska spermatocyter och oocyter observerades när Sox2 raderades med användning av Spo11-Cre uttryckt i meiotiska bakterieceller. Dessa observationer indikerar att SOX2 krävs för mpgc-överlevnad över en rad mpgc-utvecklingsstadier fram till meios (Campolo et al., 2013). Sedan OCT4 och NANOG uttrycks tillsammans med SOX2 i specificerade mPGCs (Kurimoto, Yabuta, et al., 2008; Yabuta et al., 2006) är det inte klart om rollen av SOX2 i premeiotiska mPGCs involverar kooperativa interaktioner med OCT4 och NANOG eller funktioner tydligt. I vilket fall som helst, eftersom SOX2 inte uttrycks i hPGCs (Irie et al., 2015; Perrett et al., 2008) är det osannolikt att några regleringsfunktioner för SOX2 finns i den mänskliga bakterien.