Die SUMOylierung des Transkriptionsfaktors Sp3 reprimiert die Genexpression durch Rekrutierung Chromatin-modifizierender Enzyme und Ausbildung lokaler heterochromatischer Strukturen

Die posttranslationale Modifikation vieler Transkriptionsfaktoren mit dem Ubiquitin-ähnlichen Protein SUMO (Small Ubiquitin-like Modifier) führt oft zur transkriptionellen Repression. Der molekulare Mechanismus, wie die SUMO-Modifikation die Transkription reprimiert, war noch weitgehend unbekannt. U...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Stielow, Bastian
Beteiligte: Suske, Guntram (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2008
Molekularbiologie und Tumorforschung
Schlagworte:
Sp3
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Die posttranslationale Modifikation vieler Transkriptionsfaktoren mit dem Ubiquitin-ähnlichen Protein SUMO (Small Ubiquitin-like Modifier) führt oft zur transkriptionellen Repression. Der molekulare Mechanismus, wie die SUMO-Modifikation die Transkription reprimiert, war noch weitgehend unbekannt. Unter Verwendung des SUMOylierten Transkriptionsfaktors Sp3 als Modellsystem wurden in unserer Arbeitsgruppe mit Hilfe eines genomweiten RNA-Interferenz-Screens zahlreiche Proteine identifiziert, die an der SUMO-abhängigen transkriptionellen Repression beteiligt sein könnten. Ausgehend von Primärdaten des Screens wurde in der vorliegenden Arbeit für insgesamt 120 Proteine verifiziert, dass deren Depletion mittels spezifischer doppelsträngiger RNA (dsRNA) die Repression durch SUMOyliertes Sp3 partiell aufhebt. Dagegen wurde die transkriptionelle Aktivität einer SUMOylierungs-defizienten Mutante von Sp3 nicht beeinflusst. Weitere Validierungs-Experimente zeigten, dass das Chromatin-remodellierende Enzym Mi-2, das D. melanogaster Orthologe des C. elegans Proteins MEP-1 sowie das Polycomb Protein Sfmbt direkt als SUMO-abhängige transkriptionelle Korepressoren wirken: (1) Der dsRNA-vermittelte Knockdown dieser Proteine verminderte nicht die SUMOylierung von Sp3. Dies zeigt, dass Mi-2, MEP-1 und Sfmbt nicht die SUMOylierungs-Enzymatik, sondern nach der SUMO-Konjugation den Repressionsmechanismus regulieren. (2) Mi-2, MEP-1 und Sfmbt interagierten direkt mit SUMO und mit SUMO-modifiziertem Sp3 und wurden (3) SUMO-abhängig an einen Sp3-regulierten Promotor rekrutiert. (4) Die Depletion von Mi-2, MEP-1 und Sfmbt führte auch zur Aufhebung der Repression durch den SUMOylierten Transkriptionsfaktor Dorsal. Somit scheinen Mi-2, MEP-1 und Sfmbt Teil eines allgemeinen Repressionskomplexes zu sein, der von DNA-gebundenen SUMO-modifizierten Transkriptionsfaktoren rekrutiert wird. Um die mit der SUMO-abhängigen Repression einhergehenden Veränderungen der Chromatinstruktur im Säugersystem zu analysieren, wurde eine Zelllinie mit einem stabil im Genom integrierten Gal4-abhängigen Reportergen etabliert. Nach Transfektion reprimierten die SUMOylierten Gal4-Fusionsproteine von Sp3 und SF-1 (Steroidogenic Factor 1) die Transkription, während die jeweiligen SUMOylierungs-defizienten Mutanten die Transkription des integrierten Transgens aktivierten. Chromatin Immunpräzipitationen ergaben, dass durch Promotor-gebundene SUMOylierte Transkriptionsfaktoren SUMO-abhängig das Chromatin-remodellierende Enzym Mi-2, die MBT-Domänen-Proteine L3MBTL1 und L3MBTL2, die Histon-Methyltransferasen SETDB1 und SUV4-20H, die zu einer Trimethylierung von H3K9 und H4K20 führen, sowie die heterochromatischen Proteine der HP1-Familie rekrutiert werden. Diese heterochromatischen Proteine und repressiven Histon-Modifikationen waren auch auf dem endogenen Sp3-regulierten murinen Dihydrofolat-Reduktase-Promotor in embryonalen Mausfibroblasten vorhanden. Die Ausbildung der heterochromatischen Strukturen erfolgte auch hier Sp3-SUMO-abhängig; sie waren nur in Gegenwart von SUMOyliertem Wildtyp Sp3 nachzuweisen, nicht jedoch wenn eine SUMOylierungs-defiziente Mutante in Sp3-/-Zellen exprimiert wurde. Die hier dargestellten Ergebnisse zeigen, dass transkriptionell repressorisch wirkende SUMOylierte Transkriptionsfaktoren die Ausbildung einer lokalen repressiven Chromatinstruktur mit typischen Eigenschaften von kompaktiertem Heterochromatin initiieren können, die die DNA für die Komponenten der Transkriptionsmaschinerie unzugänglich macht.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2008.0985