Molekulare Mechanismen der Transkriptionskontrolle durch Sp2

• Antragsteller: Professor Dr. Guntram Suske
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 200991012

Transkriptionsfaktoren werden aufgrund struktureller Ähnlichkeiten, v.a. innerhalb DNA-bindender Domänen, in Proteinfamilien eingeteilt. Die Transkriptionsfaktoren Sp1, Sp2 und Sp3 sind hierfür beispielhaft. Alle drei Sp Proteine sind durch N-terminale glutaminreiche Regionen und eine konservierte Zinkfinger DNA-Bindungsdomäne am C-Terminus charakterisiert. Obwohl alle drei Proteine ubiquitär exprimiert werden, haben entsprechende Sp knockout Mäuse gezeigt, dass sie für die Embryonalentwicklung absolut essentiell sind und spezifische, nicht redundante Funktionen in vivo ausüben. Daraus ergibt sich zwangsläufig die Frage, wie diese Spezifität erreicht wird. Im vergangenen Antragszeitraum haben wir diese Frage adressiert und u.a. die genomweite Bindung von Sp1, Sp2 und Sp3 in embryonalen Mausfibroblasten und in HEK293 Zellen untersucht und miteinander verglichen. Überraschenderweise bindet Sp2, anders als Sp1 und Sp3, in vivo nicht an GC Boxen, sondern ist vor allem an Promotoren mit zwei hintereinander angeordneten CCAAT Motiven zu finden. Weitere Untersuchungen haben dann gezeigt, dass die Bindung von Sp2 an seine Zielpromotoren, anders als bei Sp3, nicht über die DNA-bindende Zinkfingerregion vermittelt wird, sondern über die N-terminalen glutaminreichen Bereiche. Da CCAAT Motive Erkennungssequenzen des trimeren Transkriptionsfaktors Nf-y darstellen, dessen Nf-yb und Nf-yc Untereinheiten strukturelle Ähnlichkeit mit Histonen aufweisen (histone fold Domänen), haben wir auch die genomweite Bindung von Nf-y in wildtypischen und Sp2-defizienten MEFs untersucht und u.a. gefunden, dass die Bindung von Nf-y und Sp2 voneinander abhängig ist. Insgesamt weisen unsere Ergebnisse darauf hin, dass der Transkriptionsfaktor Sp2 als Kofaktor und nicht als DNA-bindender Transkriptionsfaktor wirkt. Genomweite Bindungsdaten des ENCODE Konsortiums zeigen, dass es sich bei den Sp2 Zielpromotoren um sogenannte HOT (high occupancy target) Regionen handelt. An HOT Regionen binden mehrere Transkriptionsfaktoren, für die keine entsprechenden DNA Motive vorhanden sind. Wie diese Faktoren an HOT Regionen rekrutiert werden und ob und wie sich deren Rekrutierung gegenseitig bedingen, ist nicht bekannt. Die Fortsetzung unserer Arbeiten zur Rekrutierung von Sp2 an HOT Promotoren wird diese Fragen adressieren. Insbesondere wollen wir (i) die für die Bindung von Sp2 an seine Zielpromotoren notwendigen Domänen identifizieren und charakterisieren; (ii) die für die Rekrutierung von Sp2 in vivo notwendige Promotoreigenschaften (sequence constraints) definieren, (iii) weitere Transkriptionsfaktoren, die auch als Kofaktoren zusammen mit Sp2 an HOT Promotoren rekrutiert werden, identifizieren und (iv) die gegenseitige Abhängigkeit ihrer Rekrutierung untersuchen. Wir glauben, dass unsere Untersuchungen dazu beitragen werden, die Rekrutierung und Wirkungsweise von Transkriptionsfaktoren als Kofaktoren in genomischen HOT Regionen zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen