4. okt. - Oct-4
Oct -4 ( oktamer -bindende transkriptionsfaktor 4), også kendt som POU5F1 ( POU -domæne , klasse 5, transkriptionsfaktor 1), er et protein, der hos mennesker er kodet af POU5F1 -genet . Oct-4 er en homeodomain-transkriptionsfaktor for POU-familien . Det er kritisk involveret i selvfornyelsen af udifferentierede embryonale stamceller . Som sådan bruges den ofte som markør for udifferentierede celler. Oct-4 udtryk skal være nøje reguleret; for meget eller for lidt vil forårsage differentiering af cellerne.
Octamer-bindende transkriptionsfaktor 4, OCT-4, er et transkriptionsfaktorprotein, der kodes af Pou5f1-genet og er en del af POU (Pit-Oct-Unc) familien. OCT-4 består af et oktamer-motiv, en bestemt DNA-sekvens af AGTCAAAT, der binder til deres målgener og aktiverer eller deaktiverer visse udtryk. Disse genudtryk fører derefter til fænotypiske ændringer i stamcelledifferentiering under udviklingen af et pattedyrembryo. Det spiller en afgørende rolle for at bestemme skæbnen for både indre masseceller og embryonale stamceller og har evnen til at opretholde pluripotens i hele embryonisk udvikling. For nylig er det blevet bemærket, at OCT-4 ikke kun opretholder pluripotens i embryonale celler, men også har evnen til at regulere kræftcelleproliferation og kan findes i forskellige kræftformer såsom bugspytkirtel-, lunge-, lever- og testikelkimtumorer i voksne kønsceller . En anden defekt, som dette gen kan have, er dysplastisk vækst i epitelvæv, som er forårsaget af mangel på OCT-4 i epitelcellerne.
Udtryk og funktion
Oct-4 transkriptionsfaktor er oprindeligt aktiv som en moderfaktor i oocytten og forbliver aktiv i embryoner i hele præimplantationsperioden. Oct-4-ekspression er forbundet med en udifferentieret fænotype og tumorer. Gen-knockdown af Oct-4 fremmer differentiering , hvilket viser en rolle for disse faktorer i menneskelig embryonisk stamcelle selvfornyelse. Oct-4 kan danne en heterodimer med Sox2 , så disse to proteiner binder DNA sammen.
Musembryoner, der er Oct-4-mangelfulde eller har lave ekspressionsniveauer af Oct-4, formår ikke at danne den indre cellemasse , taber pluripotens og differentieres til trophectoderm . Derfor er niveauet for Oct-4-ekspression i mus afgørende for regulering af pluripotens og tidlig celledifferentiering, da en af dets hovedfunktioner er at holde embryoet fra at differentiere.
Ortologer
Ortologer af 4. oktober hos mennesker og andre arter omfatter:
| Arter | Entrez GeneID | Kromosom | Beliggenhed | RefSeq (mRNA) | RefSeq (protein) |
| Mus musculus (mus) | 18999 | 17,17 B1; 17 19,23 cm | NC_000083.4, 35114104..35118822 (Plus Strand) | NM_013633.1 | NP_038661.1 |
| Homo sapiens (menneske) | 5460 | 6, 6p21,31 | NC_000006.10, 31246432-31240107 (Minus Strand) | NM_002701.3 |
NP_002692.2 (isoform i fuld længde) NP_002692.1 (N-terminal afkortet isoform) |
| Rattus norvegicus (rotte) | 294562 | 20 | NW_001084776, 650467-655015 (minus streng) | NM_001009178 | NP_001009178 |
| Danio rerio (zebrafisk) | 303333 | 21 | NC_007127.1, 27995548-28000317 (minus streng) | NM_131112 | NP_571187 |
Struktur
Oct-4 indeholder følgende proteindomæner :
| Domæne | Beskrivelse | Længde (AA) |
|---|---|---|
| POU domæne | Fundet i Pit-Oct-Unc transkriptionsfaktorer | 75 |
| Homeodomain | DNA -bindende domæner involveret i transkriptionel regulering af centrale eukaryote udviklingsprocesser; kan binde til DNA som monomerer eller som homodimerer og/eller heterodimerer på en sekvensspecifik måde. | 59 |
Implikationer ved sygdom
Oct-4 har været impliceret i tumorigenese af voksne kønsceller. Ektopisk ekspression af faktoren hos voksne mus har vist sig at forårsage dannelse af dysplastiske læsioner i hud og tarm. Tarmdysplasi skyldes en stigning i stamcellepopulationen og opregulering af β-catenintranskription gennem hæmning af celledifferentiering.
Pluripotens i embryoudvikling
Dyremodel
I 2000 beskrev Niwa et al. brugte betinget ekspression og undertrykkelse i murine embryonale stamceller til at bestemme krav til Oct-4 i opretholdelsen af udviklingsmæssig styrke. Selvom transkriptionel bestemmelse ofte er blevet betragtet som et binært on-off kontrolsystem, fandt de ud af, at det præcise niveau af Oct-4 regulerer 3 forskellige skæbner for ES-celler. En stigning i ekspression på mindre end 2 gange forårsager differentiering til primitiv endoderm og mesoderm. I modsætning hertil forårsager undertrykkelse af Oct-4 tab af pluripotens og dedifferentiering til trophectoderm. Således er en kritisk mængde Oct-4 påkrævet for at opretholde stamcellens selvfornyelse, og op- eller nedregulering fremkalder divergerende udviklingsprogrammer. Ændringer i Oct-4-niveauer fremmer ikke uafhængigt differentiering, men styres også af Sox2- niveauer . Et fald i Sox2 ledsager øgede niveauer af Oct-4 for at fremme en mesendodermal skæbne, hvor Oct-4 aktivt hæmmer ektodermal differentiering. Undertrykte Oct-4 niveauer, der fører til ectodermal differentiering, ledsages af en stigning i Sox2, som effektivt hæmmer mesendodermal differentiering. Niwa et al. foreslog, at deres fund etablerede en rolle for Oct-4 som en masterregulator for pluripotens, der styrer slægtskabsengagement og illustrerede sofistikering af kritiske transkriptionelle regulatorer og den deraf følgende betydning af kvantitative analyser.
Transkriptionsfaktorerne Oct-4, Sox2 og Nanog er en del af et komplekst regulatorisk netværk med Oct-4 og Sox2, der er i stand til direkte at regulere Nanog ved at binde til dets promotor og er afgørende for at opretholde den selvfornyende udifferentierede tilstand af den indre cellemasse af blastocysten, embryonale stamcellelinjer (som er cellelinjer afledt af den indre cellemasse) og inducerede pluripotente stamceller. Mens differentiel op- og nedregulering af Oct-4 og Sox2 har vist sig at fremme differentiering, skal nedregulering af Nanog forekomme for at differentieringen kan fortsætte.
Rolle i omprogrammering
Oct-4 er en af de transkriptionsfaktorer, der bruges til at skabe inducerede pluripotente stamceller (iPSC'er) sammen med Sox2 , Klf4 og ofte c- Myc (OSKM) i mus, hvilket demonstrerer dets evne til at fremkalde en embryonal stamcellelignende tilstand. Disse faktorer omtales ofte som " Yamanaka omprogrammeringsfaktorer ". Denne omprogrammeringseffekt er også blevet set med Thomson-omprogrammeringsfaktorerne , der tilbageførte humane fibroblastceller til iPSC'er gennem oktober-4 sammen med Sox2, Nanog og Lin28 . Anvendelsen af Thomson-omprogrammeringsfaktorer undgår behovet for at overudtrykke c-Myc, et onkogen. Det blev senere fastslået, at kun to af disse fire faktorer, Oct4 og Klf4, var tilstrækkelige til at omprogrammere musens voksne neurale stamceller. Endelig blev det vist, at en enkelt faktor, Oct-4, var tilstrækkelig til denne transformation. Selvom Sox2, Klf4 og cMyc kunne erstattes af deres respektive familiemedlemmer , formår Oct4's nærmeste slægtninge, Oct1 og Oct6 , ikke at fremkalde pluripotens og demonstrerer dermed eksklusiviteten af Oct4 blandt POU -transkriptionsfaktorer. Senere blev det imidlertid vist, at Oct4 fuldstændigt kunne udelades fra Yamanaka -cocktail, og de resterende tre faktorer, Sox2, Klf4 og cMyc (SKM) kunne generere mus -iPSC'er med et dramatisk forbedret udviklingspotentiale. Dette tyder på, at Oct4 øger effektiviteten af omprogrammering, men reducerer kvaliteten af resulterende iPSC'er.
I embryonale stamceller
- I in vitro- eksperimenter med embryonale musceller fra mus er Oct-4 ofte blevet brugt som en markør for stemme, da differentierede celler viser reduceret ekspression af denne markør.
- 3. oktober kan både undertrykke og aktivere promotoren for Rex1 . I celler, der allerede udtrykker et højt niveau af Oct3/4, vil eksogent transficeret Oct3/4 føre til undertrykkelse af Rex1. I celler, der ikke aktivt udtrykker Oct3/4, vil eksogen transfektion af Oct3/4 imidlertid føre til aktivering af Rex1. Dette indebærer en dobbelt reguleringsevne på Oct3/4 på Rex1. Ved lave niveauer af Oct3/4 -proteinet aktiveres Rex1 -promotoren, mens Rex1 -promotoren ved høje niveauer af Oct3/4 -proteinet undertrykkes.
- Oct4 bidrager til den hurtige cellecyklus sådanne organer ved at fremme progression gennem G1-fasen , navnlig gennem transkriptionel inhibering af cyclinafhængige kinase inhibitorer , såsom p21 .
- CRISPR-Cas9 knockout af genet i humane embryonale stamceller viste, at Oct-4 er afgørende for udviklingen efter befrugtning.
I voksne stamceller
Flere undersøgelser tyder på en rolle for Oct-4 i opretholdelsen af selvfornyelse af voksne somatiske stamceller (dvs. stamceller fra epitel, knoglemarv, lever osv.). Andre forskere har fremlagt beviser for det modsatte og afviser disse undersøgelser som artefakter fra in vitro- kultur eller fortolker baggrundsstøj som et signal og advarer om Oct-4- pseudogener, der giver falsk påvisning af Oct-4-udtryk. Oct-4 har også været impliceret som en markør for kræftstamceller .
Se også
Referencer
Yderligere læsning
- Lamoury FM, Croitoru-Lamoury J, Brew BJ (2006). "Udifferentierede mesenkymale musestamceller udtrykker spontant neurale og stamcellemarkører Oct-4 og Rex-1". Cytoterapi . 8 (3): 228–42. doi : 10.1080/14653240600735875 . PMID 16793732 .
- Hough SR, Clements I, Welch PJ, Wiederholt KA (juni 2006). "Differentiering af musens embryonale stamceller efter RNA-interferens-medieret dæmpning af OCT4 og Nanog" . Stamceller . 24 (6): 1467–75. doi : 10.1634/stemcells.2005-0475 . PMID 16456133 . S2CID 27609337 .
- Feldman N, Gerson A, Fang J, Li E, Zhang Y, Shinkai Y, Cedar H, Bergman Y (februar 2006). "G9a-medieret irreversibel epigenetisk inaktivering af Oct-3/4 under tidlig embryogenese". Naturcellebiologi . 8 (2): 188–94. doi : 10.1038/ncb1353 . PMID 16415856 . S2CID 23740530 .
- Boyer LA, Lee TI, Cole MF, Johnstone SE, Levine SS, Zucker JP, Guenther MG, Kumar RM, Murray HL, Jenner RG, Gifford DK, Melton DA, Jaenisch R, Young RA (september 2005). "Kerne transkriptionel regulatorisk kredsløb i humane embryonale stamceller" . Celle . 122 (6): 947–56. doi : 10.1016/j.cell.2005.08.020 . PMC 3006442 . PMID 16153702 .
- Gerrard L, Zhao D, Clark AJ, Cui W (2005). "Stabilt transficerede humane embryonale stamcellekloner udtrykker OCT4-specifikt grønt fluorescerende protein og opretholder selvfornyelse og pluripotens" . Stamceller . 23 (1): 124–33. doi : 10.1634/stemcells.2004-0102 . PMID 15625129 . S2CID 21603127 .
- Reményi A, Lins K, Nissen LJ, Reinbold R, Schöler HR, Wilmanns M (august 2003). "Krystalstruktur af et POU/HMG/DNA -ternært kompleks antyder differentiel samling af Oct4 og Sox2 på to forstærkere" . Gener og udvikling . 17 (16): 2048–59. doi : 10.1101/gad.269303 . PMC 196258 . PMID 12923055 .
- Schoorlemmer J, Kruijer W (december 1991). "Oktamerafhængig regulering af kFGF-genet i embryonalt carcinom og embryonale stamceller". Udviklingsmekanismer . 36 (1–2): 75–86. doi : 10.1016/0925-4773 (91) 90074-G . PMID 1723621 . S2CID 8353907 .
- Wey E, Lyons GE, Schäfer BW (marts 1994). "Et humant POU -domænegen, mPOU, udtrykkes i udvikling af hjerne og specifikt voksenvæv" . European Journal of Biochemistry . 220 (3): 753–62. doi : 10.1111/j.1432-1033.1994.tb18676.x . PMID 7908264 .
- Crouau-Roy B, Amadou C, Bouissou C, Clayton J, Vernet C, Ribouchon MT, Pontarotti P (maj 1994). "Lokalisering af OTF3 -genet inden for den humane MHC klasse I -region ved fysisk og meiotisk kortlægning". Genomik . 21 (1): 241–3. doi : 10.1006/geno.1994.1249 . PMID 8088794 .
- Guillaudeux T, Mattei MG, Depetris D, Le Bouteiller P, Pontarotti P (1993). "In situ hybridisering lokaliserer det humane OTF3 til kromosom 6p21.3-> p22 og OTF3L til 12p13". Cytogenetik og cellegenetik . 63 (4): 212–4. doi : 10.1159/000133537 . PMID 8500351 .
- Abdel-Rahman B, Fiddler M, Rappolee D, Pergament E (oktober 1995). "Ekspression af transkriptionsregulerende gener i humane præimplantationsembryoer". Menneskelig reproduktion . 10 (10): 2787–92. doi : 10.1093/oxfordjournals.humrep.a135792 . PMID 8567814 .
- Hillier LD, Lennon G, Becker M, Bonaldo MF, Chiapelli B, Chissoe S, Dietrich N, DuBuque T, Favello A, Gish W, Hawkins M, Hultman M, Kucaba T, Lacy M, Le M, Le N, Mardis E , Moore B, Morris M, Parsons J, Prange C, Rifkin L, Rohlfing T, Schellenberg K, Bento Soares M, Tan F, Thierry-Meg J, Trevaskis E, Underwood K, Wohldman P, Waterston R, Wilson R, Marra M (september 1996). "Generering og analyse af 280.000 menneskelige udtrykte sekvensmærker" . Genomforskning . 6 (9): 807–28. doi : 10.1101/gr.6.9.807 . PMID 8889549 .
- Inamoto S, Segil N, Pan ZQ, Kimura M, Roeder RG (november 1997). "Den cyclinafhængige kinase-aktiverende kinase (CAK) forsamlingsfaktor, MAT1, målretter og forbedrer CAK-aktivitet på POU-domæner af oktamer-transkriptionsfaktorer" . Journal of Biological Chemistry . 272 (47): 29852–8. doi : 10.1074/jbc.272.47.29852 . PMID 9368058 .
- Nichols J, Zevnik B, Anastassiadis K, Niwa H, Klewe-Nebenius D, Chambers I, Schöler H, Smith A (oktober 1998). "Dannelse af pluripotente stamceller i pattedyrembryoet afhænger af POU -transkriptionsfaktoren Oct4". Celle . 95 (3): 379–91. doi : 10.1016/S0092-8674 (00) 81769-9 . PMID 9814708 . S2CID 12892299 .
- Gonzalez MI, Robins DM (marts 2001). "Oct-1 interagerer fortrinsvis med androgenreceptor på en DNA-afhængig måde, der letter rekruttering af SRC-1" . Journal of Biological Chemistry . 276 (9): 6420–8. doi : 10.1074/jbc.M008689200 . PMID 11096094 .
- Butteroni C, De Felici M, Schöler HR, Pesce M (december 2000). "Fagvisningsscreening afslører en sammenhæng mellem kimlinjespecifik transkriptionsfaktor Oct-4 og flere cellulære proteiner". Journal of Molecular Biology . 304 (4): 529–40. doi : 10.1006/jmbi.2000.4238 . PMID 11099378 .
- Ezashi T, Ghosh D, Roberts RM (december 2001). "Undertrykkelse af Ets-2-induceret transaktivering af tau-interferonpromotoren med okt-4" . Molekylær og cellulær biologi . 21 (23): 7883–91. doi : 10.1128/MCB.21.23.7883-7891.2001 . PMC 99954 . PMID 11689681 .
- Guo Y, Costa R, Ramsey H, Starnes T, Vance G, Robertson K, Kelley M, Reinbold R, Scholer H, Hromas R (marts 2002). "De embryonale stamcelletranskriptionsfaktorer Oct-4 og FoxD3 interagerer for at regulere endodermal-specifik promotorekspression" . Procedurer fra National Academy of Sciences i Amerikas Forenede Stater . 99 (6): 3663–7. Bibcode : 2002PNAS ... 99.3663G . doi : 10.1073/pnas.062041099 . PMC 122580 . PMID 11891324 .
- Looijenga LH, Stoop H, de Leeuw HP, de Gouveia Brazao CA, Gillis AJ, van Roozendaal KE, van Zoelen EJ, Weber RF, Wolffenbuttel KP, van Dekken H, Honecker F, Bokemeyer C, Perlman EJ, Schneider DT, Kononen J , Sauter G, Oosterhuis JW (maj 2003). "POU5F1 (OCT3/4) identificerer celler med pluripotent potentiale i humane kønscelletumorer". Kræftforskning . 63 (9): 2244–50. PMID 12727846 .
- Wang P, Branch DR, Bali M, Schultz GA, Goss PE, Jin T (oktober 2003). "POU homeodomain-proteinet OCT3 som en potentiel transkriptionel aktivator for fibroblastvækstfaktor-4 (FGF-4) i humane brystkræftceller" . Den biokemiske journal . 375 (Pt 1): 199–205. doi : 10.1042/BJ20030579 . PMC 1223663 . PMID 12841847 .
- Reményi A, Lins K, Nissen LJ, Reinbold R, Schöler HR, Wilmanns M (august 2003). "Krystalstruktur af et POU/HMG/DNA -ternært kompleks antyder differentiel samling af Oct4 og Sox2 på to forstærkere" . Gener og udvikling . 17 (16): 2048–59. doi : 10.1101/gad.269303 . PMC 196258 . PMID 12923055 .
- Rajpert-De Meyts E, Hanstein R, Jørgensen N, Graem N, Vogt PH, Skakkebaek NE (juni 2004). "Udviklingsudtryk for POU5F1 (OCT-3/4) i normale og dysgenetiske humane kønskirtler" . Menneskelig reproduktion . 19 (6): 1338–44. doi : 10.1093/humrep/deh265 . PMID 15105401 .
- Matin MM, Walsh JR, Gokhale PJ, Draper JS, Bahrami AR, Morton I, Moore HD, Andrews PW (2005). "Specifik knockdown af Oct4- og beta2-mikroglobulinekspression ved RNA-interferens i humane embryonale stamceller og embryonale carcinomceller" . Stamceller . 22 (5): 659–68. doi : 10.1634/stamcells.22-5-659 . PMID 15342930 . S2CID 35018708 .
- Baal N, Reisinger K, Jahr H, Bohle RM, Liang O, Münstedt K, Rao CV, Preissner KT, Zygmunt MT (oktober 2004). "Ekspression af transkriptionsfaktor Oct-4 og andre embryonale gener i CD133-positive celler fra humant navlestrengsblod". Trombose og hæmostase . 92 (4): 767–75. doi : 10.1160/TH04-02-0079 . PMID 15467907 .
eksterne links
- 4. okt+Transskription+Faktor på US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- Faktorbog POU5F1
- Generering af iPS-celler fra MEFS gennem tvungen ekspression af Sox-2, Oct-4, c-Myc og Klf4