4. Oktober - Oct-4
Oct-4 ( Oktamer- bindender Transkriptionsfaktor 4), auch bekannt als POU5F1 ( POU-Domäne , Klasse 5, Transkriptionsfaktor 1), ist ein Protein , das beim Menschen vom POU5F1- Gen kodiert wird . Oct-4 ist ein Homöodomänen-Transkriptionsfaktor der POU-Familie . Es ist entscheidend an der Selbsterneuerung undifferenzierter embryonaler Stammzellen beteiligt . Als solches wird es häufig als Marker für undifferenzierte Zellen verwendet. Die Oct-4-Expression muss eng reguliert werden; zu viel oder zu wenig führt zu einer Differenzierung der Zellen.
Der Octamer-bindende Transkriptionsfaktor 4, OCT-4, ist ein Transkriptionsfaktorprotein, das vom Pou5f1-Gen kodiert wird und Teil der POU (Pit-Oct-Unc)-Familie ist. OCT-4 besteht aus einem Octamer-Motiv, einer bestimmten DNA-Sequenz von AGTCAAAT, die an ihre Zielgene bindet und bestimmte Expressionen aktiviert oder deaktiviert. Diese Genexpressionen führen dann während der Entwicklung eines Säugerembryos zu phänotypischen Veränderungen der Stammzelldifferenzierung. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des Schicksals sowohl von Zellen der inneren Masse als auch von embryonalen Stammzellen und hat die Fähigkeit, die Pluripotenz während der gesamten Embryonalentwicklung aufrechtzuerhalten. Kürzlich wurde festgestellt, dass OCT-4 nicht nur die Pluripotenz in embryonalen Zellen aufrechterhält, sondern auch die Fähigkeit besitzt, die Proliferation von Krebszellen zu regulieren und bei verschiedenen Krebsarten wie Bauchspeicheldrüsen-, Lungen-, Leber- und Hodenkeimzelltumoren in adulten Keimzellen gefunden werden kann . Ein weiterer Defekt, den dieses Gen haben kann, ist dysplastisches Wachstum in Epithelgeweben, das durch einen Mangel an OCT-4 in den Epithelzellen verursacht wird.
Ausdruck und Funktion
Der Oct-4-Transkriptionsfaktor ist anfänglich als maternaler Faktor in der Eizelle aktiv und bleibt in Embryonen während der gesamten Präimplantationsperiode aktiv. Die Oct-4-Expression ist mit einem undifferenzierten Phänotyp und Tumoren verbunden. Der Gen-Knockdown von Oct-4 fördert die Differenzierung , was eine Rolle dieser Faktoren bei der Selbsterneuerung menschlicher embryonaler Stammzellen demonstriert. Oct-4 kann mit Sox2 ein Heterodimer bilden , sodass diese beiden Proteine DNA aneinander binden.
Mausembryonen , die einen Oct-4 - Mangel aufweisen oder niedrige Expressionsniveaus von Oct-4 aufweisen , können keine innere Zellmasse bilden , verlieren ihre Pluripotenz und differenzieren sich in Trophektoderm . Daher ist das Niveau der Oct-4-Expression bei Mäusen für die Regulierung der Pluripotenz und der frühen Zelldifferenzierung von entscheidender Bedeutung, da eine seiner Hauptfunktionen darin besteht, den Embryo an der Differenzierung zu hindern.
Orthologe
Orthologe von Oct-4 beim Menschen und anderen Arten umfassen:
| Spezies | Entrez GeneID | Chromosom | Standort | RefSeq (mRNA) | RefSeq (Protein) |
| Mus musculus (Maus) | 18999 | 17,17 B1; 17 19,23 cM | NC_000083.4, 35114104..35118822 (Plus-Strang) | NM_013633.1 | NP_038661.1 |
| Homo sapiens (Mensch) | 5460 | 6, 6p21.31 | NC_000006.10, 31246432-31240107 (Minus-Strang) | NM_002701.3 |
NP_002692.2 (Isoform voller Länge) NP_002692.1 (N-terminal verkürzte Isoform) |
| Rattus norvegicus (Ratte) | 294562 | 20 | NW_001084776, 650467-655015 (Minus-Strang) | NM_001009178 | NP_001009178 |
| Danio rerio (Zebrafisch) | 303333 | 21 | NC_007127.1, 27995548-28000317 (Minus-Strang) | NM_131112 | NP_571187 |
Struktur
Oct-4 enthält die folgenden Proteindomänen :
| Domain | Beschreibung | Länge (AA) |
|---|---|---|
| POU-Domain | Gefunden in Pit-Oct-Unc-Transkriptionsfaktoren | 75 |
| Homeodomäne | DNA-Bindungsdomänen, die an der transkriptionellen Regulierung wichtiger eukaryotischer Entwicklungsprozesse beteiligt sind; können als Monomere oder als Homodimere und/oder Heterodimere sequenzspezifisch an DNA binden. | 59 |
Auswirkungen auf Krankheiten
Oct-4 wurde mit der Tumorentstehung von adulten Keimzellen in Verbindung gebracht. Es wurde festgestellt, dass die ektopische Expression des Faktors bei erwachsenen Mäusen die Bildung von dysplastischen Läsionen der Haut und des Darms verursacht. Die Darmdysplasie resultierte aus einer Zunahme der Vorläuferzellpopulation und der Hochregulierung der β-Catenin- Transkription durch die Hemmung der Zelldifferenzierung.
Pluripotenz in der Embryonalentwicklung
Tiermodell
Im Jahr 2000 haben Niwa et al. verwendeten bedingte Expression und Repression in embryonalen Stammzellen der Maus, um den Bedarf an Oct-4 zur Aufrechterhaltung der Entwicklungspotenz zu bestimmen. Obwohl die transkriptionale Bestimmung oft als binäres On-Off-Kontrollsystem angesehen wurde, fanden sie heraus, dass der genaue Oct-4-Spiegel 3 verschiedene Schicksale von ES-Zellen bestimmt. Ein Anstieg der Expression von weniger als dem 2-fachen bewirkt eine Differenzierung in primitives Endoderm und Mesoderm. Im Gegensatz dazu induziert die Unterdrückung von Oct-4 einen Verlust der Pluripotenz und eine Dedifferenzierung zum Trophektoderm. Daher ist eine kritische Menge an Oct-4 erforderlich, um die Selbsterneuerung der Stammzellen aufrechtzuerhalten, und eine Hoch- oder Herunterregulierung induziert unterschiedliche Entwicklungsprogramme. Veränderungen der Oct-4-Spiegel fördern nicht unabhängig die Differenzierung, sondern werden auch durch die Sox2- Spiegel kontrolliert . Eine Abnahme von Sox2 geht mit erhöhten Oct-4-Spiegeln einher, um ein mesendodermales Schicksal zu fördern, wobei Oct-4 aktiv die ektodermale Differenzierung hemmt. Unterdrückte Oct-4-Spiegel, die zu einer ektodermalen Differenzierung führen, werden von einem Anstieg von Sox2 begleitet, der die mesendodermale Differenzierung wirksam hemmt. Niwaet al. schlugen vor, dass ihre Ergebnisse Oct-4 eine Rolle als Hauptregulator der Pluripotenz begründen, der die Bindung der Abstammung kontrolliert und die Raffinesse kritischer Transkriptionsregulatoren und die daraus resultierende Bedeutung quantitativer Analysen veranschaulicht.
Die Transkriptionsfaktoren Oct-4, Sox2 und Nanog sind Teil eines komplexen regulatorischen Netzwerks, wobei Oct-4 und Sox2 in der Lage sind, Nanog durch Bindung an seinen Promotor direkt zu regulieren, und sind essentiell für die Aufrechterhaltung des sich selbst erneuernden undifferenzierten Zustands der inneren Zellmasse der Blastozyste, embryonale Stammzelllinien (das sind Zelllinien, die aus der inneren Zellmasse abgeleitet sind) und induzierte pluripotente Stammzellen. Während gezeigt wurde, dass die unterschiedliche Hoch- und Herunterregulierung von Oct-4 und Sox2 die Differenzierung fördert, muss eine Herunterregulierung von Nanog erfolgen, damit die Differenzierung fortschreiten kann.
Rolle bei der Umprogrammierung
Oct-4 ist einer der Transkriptionsfaktoren, die verwendet werden, um induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) zu erzeugen , zusammen mit Sox2 , Klf4 und oft c- Myc (OSKM) in der Maus, was seine Fähigkeit demonstriert, einen embryonalen Stammzell-ähnlichen Zustand zu induzieren. Diese Faktoren werden oft als „ Yamanaka-Reprogrammierungsfaktoren “ bezeichnet. Dieser Reprogrammierungseffekt wurde auch bei den Thomson-Reprogrammierungsfaktoren beobachtet , die menschliche Fibroblastenzellen bis zum 4. Oktober in iPSCs zurückverwandeln, zusammen mit Sox2, Nanog und Lin28 . Die Verwendung von Thomson-Reprogrammierungsfaktoren vermeidet die Notwendigkeit, c-Myc, ein Onkogen, zu überexprimieren. Später wurde festgestellt, dass nur zwei dieser vier Faktoren, Oct4 und Klf4, ausreichten, um adulte neuronale Stammzellen der Maus umzuprogrammieren. Schließlich wurde gezeigt, dass ein einzelner Faktor, Oct-4, für diese Transformation ausreicht. Während Sox2, Klf4 und cMyc durch ihre jeweiligen Familienmitglieder ersetzt werden konnten, induzieren die näheren Verwandten von Oct4 , Oct1 und Oct6 , keine Pluripotenz, was die Exklusivität von Oct4 unter den POU-Transkriptionsfaktoren demonstriert. Später wurde jedoch gezeigt, dass Oct4 vollständig aus dem Yamanaka-Cocktail weggelassen werden konnte und die verbleibenden drei Faktoren Sox2, Klf4 und cMyc (SKM) Maus-iPSCs mit dramatisch verbessertem Entwicklungspotenzial erzeugen könnten. Dies deutet darauf hin, dass Oct4 die Effizienz der Neuprogrammierung erhöht, aber die Qualität der resultierenden iPSCs verringert.
In embryonalen Stammzellen
- In In-vitro- Experimenten mit embryonalen Stammzellen der Maus wurde Oct-4 häufig als Marker für die Stammfähigkeit verwendet, da differenzierte Zellen eine reduzierte Expression dieses Markers aufweisen.
- Oct3/4 kann den Promotor von Rex1 sowohl unterdrücken als auch aktivieren . In Zellen, die bereits ein hohes Niveau von Oct3/4 exprimieren, führt exogen transfiziertes Oct3/4 zur Repression von Rex1. In Zellen, die Oct3/4 nicht aktiv exprimieren, führt jedoch eine exogene Transfektion von Oct3/4 zur Aktivierung von Rex1. Dies impliziert eine doppelte Regulierungsfähigkeit von Oct3/4 auf Rex1. Bei niedrigen Konzentrationen des Oct3/4-Proteins wird der Rex1-Promotor aktiviert, während bei hohen Konzentrationen des Oct3/4-Proteins der Rex1-Promotor reprimiert wird.
- Oct4 trägt zum schnellen Zellzyklus von ESCs bei, indem es das Fortschreiten durch die G1-Phase fördert , insbesondere durch die transkriptionelle Hemmung von Cyclin-abhängigen Kinase- Inhibitoren wie p21 .
- CRISPR-Cas9- Knockout des Gens in humanen embryonalen Stammzellen zeigte, dass Oct-4 für die Entwicklung nach der Befruchtung essentiell ist.
In adulten Stammzellen
Mehrere Studien weisen auf eine Rolle von Oct-4 bei der Aufrechterhaltung der Selbsterneuerungsfähigkeit von adulten somatischen Stammzellen (dh Stammzellen aus Epithel, Knochenmark, Leber usw.) hin. Andere Wissenschaftler haben gegenteilige Beweise erbracht und weisen diese Studien als Artefakte der In-vitro- Kultur zurück oder interpretieren Hintergrundrauschen als Signal und warnen vor Oct-4- Pseudogenen , die eine falsche Detektion der Oct-4-Expression liefern. Oct-4 wurde auch als Marker für Krebsstammzellen impliziert .
Siehe auch
Verweise
Weiterlesen
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Externe Links
- 4. Okt + Transkription + Faktor bei der US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- FactorBook POU5F1
- Generierung von iPS-Zellen aus MEFS durch erzwungene Expression von Sox-2, Oct-4, c-Myc und Klf4