第十一卷 第十期 - 2009年十二月十八日 PDF
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相撲化之轉錄因子LAP1參與在HDAC4引發之環氧化酶-2基因轉錄抑制作用
王文玲1、李宜釗2,4、楊文明5張文昌1-4,*、王育民3,4

1國立成功大學醫學院基礎醫學研究所、2藥理所、3生物訊息傳遞所、4基因調控訊息傳遞中心;5國立中興大學分子生物所
wcchang@mail.ncku.edu.tw

Nuc. Acids Res. 2008, 36 (19): 6066-6079.

 
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張文昌 博士
因轉錄是基本的生物基礎,也與生物體內細胞的命運走向有著莫大的關係,其不僅在生物學上被引用於解釋許多生命現象,更是連接基礎生物醫學研究與臨床研究的重要研究對象與課題。我們實驗室近來專注於將基因調控結合發炎相關基因之活化與抑制的分子機轉進行探討。

已知環氧化酶-2是一個重要發炎因子,其基因轉錄可以受到許多細胞激素,生長因子內毒素與致癌基因所活化;另外已知CCAAT/促進子結合蛋白家族成員參與此一重要發炎因子的基因轉錄。 CCAAT/促進子結合蛋白家族包含六種家族成員,其中以CEBPA,CEBPB與CEBPD影響環氧化酶-2基因轉錄的報導是較多的。然而這些家族成員彼此間如何互相影響環氧化酶-2基因調控及其如何引發其他活化型或抑制型轉錄調控因子參與的分子機制均不清楚。本實驗室在2006年所發表於『核酸研究』期刊的論文中除了證明EGF (生長因子)所誘發的CEBPD具有調控環氧化酶-2基因轉錄外,更首先提出CEBPD可以因受一種Sumoylation (相撲化) 的後轉譯修飾作用的修飾與否,進而在同一基因的轉錄活化過程中扮演雙性作用(正向及反向)的調控角色。簡言之,受到SUMO-1 (相撲蛋白-1)修飾後的CEBPD (相撲化CEBPD)可以藉由誘導共同抑制因子的結合進而抑制下游基因轉錄。再者,因為CEBPD不論受到相撲蛋白-1作用與否,其與去氧核醣核酸的結合能力均相同; 因此當細胞受到外來刺激後,所誘導產生大量未受SUMO1修飾作用的CEBPD,即有較多機會取代掉原本扮演抑制性角色的suCEBPD,進而轉為正向去誘導共同轉錄活化因子結合於下游受調控基因的啟動區,來引發此些基因的短暫性活化。雖然許多基因的轉錄活化也是呈現此種短暫活化的模式被報導,卻鮮少有完整的分子機轉可以完整解釋此類短暫活化的研究報告。因此延續實驗室先前研究的課題,我們已經發現環氧化酶-2基因轉錄受到生長因子調控活化是呈現一種短暫活化形式,所以我們很感興趣於分析生長因子如何透過兩個CCAAT/促進子結合蛋白家族成員間的轉換來對環氧化酶-2基因的轉錄進行,同時我們也很有興趣於解析後期轉錄去活化引發抑制環氧化酶-2基因轉錄的分子機轉。在我們近期發表於『核酸研究』期刊的後續研究中(11),我們發現到在生長因子處理細胞於較長時間後,可以誘發另一個CCAAT/促進子結合蛋白家族成員- LAP1的增加,並於此LAP1增加的同時,也觀察到環氧化酶-2基因表現卻開始逐漸回復到初始狀態的現象;因此我們首先推論LAP1可能在環氧化酶-2轉錄抑制過程中扮演某種角色;另外也由於這個晚期被引發出來的LAP1同時也受到相撲蛋白-1的修飾。所以我們初步假設當細胞處於較長時間的生長因子處理時,會引發受到相撲蛋白-1修飾之LAP1 (相撲化LAP1) 的增加並可能參與在抑制環氧化酶-2基因轉錄機制中。再者,我們的其他研究結果也證實一個表基因調控因子-HDAC4可以抑制環氧化酶-2基因轉錄,並對於相撲化CEBPD及LAP1有較高的親和能力,並且更首次發現生長因子的刺激可以引發HDAC4在細胞質與細胞核間轉移的有趣現象。結合上述發現與假設,我們進一步設計實驗驗證各轉錄因子間的相互調控並影響環氧化酶-2基因轉錄的關係。利用一種活體細胞內的去氧核醣核酸結合實驗-染色質沈澱分析,我們初步地成功證實了環氧化酶-2基因轉錄在去活化時期是因為相撲化的CEBPD及LAP1結合於其啟動區的增加,加上較多的HDAC4的進入細胞核,促使三者間結合作用的增加來引發去活化的現象發生。綜合先前的已知,我們提出下列模式來解釋環氧化酶-2基因受到生長因子刺激短暫活化及失活的分子機轉。簡言之,在細胞未受刺激時,結合於環氧化酶-2基因啟動區上的相撲化CEBPD及LAP1會與HDAC4有良好的交互作用形成,進而引發形成一抑制性複合體而使得環氧化酶-2基因受到抑制。而在生長因子刺激後的短期間內 (約三小時內),因為生長因子引發的大量CEBPD表現,此時它可以因為競爭掉啟動區上的受相撲化的CEBPD並與其他活化型的轉錄因子結合,例如c-Jun與P300,進而引發環氧化酶-2基因於此期間內得以被大量表現。然而在生長因子刺激後的較長時間(大約三小時後),此時HDAC4進入細胞核的量增加,受到相撲化LAP1及CEBPD亦逐漸增加,加上未受相撲化的CEBPD因蛋白質分解而減少,因此環氧化酶-2基因啟動區上的負向調控因子又逐漸形成,使得環氧化酶-2基因轉錄又慢慢回覆成原來的去活化狀態(圖一)。由此些實驗得知,環氧化酶-2基因轉錄之活化或是去活化均是以被動形式進行而非單純因著活化因子的消失而單純回復受抑制狀態。
圖一 CEBPD與LAP1參與在生長因子調控環氧化酶-2基因轉錄之模式

參考文獻
  1. Wang WL, Lee YC, Yang WM, Chang WC, Wang JM. Sumoylation of LAP1 is involved in the HDAC4-mediated repression of COX-2 transcription. Nuc. Acids Res. 2008, 36 (19): 6066-6079.
  2. Wang JM, Ko CY, Chen LC, Wang WL, Chang WC. Functional role of NF-IL6 beta and its sumoylation and acetylation modifications in promoter activation of cyclooxygenase 2 gene. Nuc. Acids Res. 2006, 34(1):217-231.
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