UBTF ( opstrøms bindende transkriptionsfaktor, RNA-polymerase I , andre navne UBF; UBF1 ; UBF2; UBF-1; NOR-90) er en nukleolær transkriptionsfaktor, der regulerer transkriptionen af rRNA-gener af RNA-polymerase I og en række andre processer. Hos mennesker er det kodet af UBTF -genet placeret på det 17. kromosom [1] . UBTF er repræsenteret af en enkelt polypeptidkæde , og et særligt HGM-boksdomæne er ansvarligt for binding til DNA . Proteinet er lokaliseret i nucleolus , mere præcist i de fibrillære centre og den tætte fibrillære komponent. Overtrædelser af UBTF-arbejdet fører til forskellige sygdomme, herunder kræft .
Ifølge TRANSFAC databasen tilhører UBTF-proteinet "4.7. HMG-klasse", "4.7.4 UBF-familie" [2] . Andre forfattere skelner mellem superfamilien af HMGB-proteiner, hvori UBTF-proteinet tilhører HMG/UBF-familien [3] [4] .
UBTF - genet hos mennesker er placeret på det 17. kromosom ved locus 17q21.31 og indeholder 25 exoner . Hos pattedyr kendes 2 isoformer af UBTF -proteinet , som dannes på grund af alternativ splejsning af de primære transkripter af UBTF -genet : UBTF1 og UBTF2 [5] . Pseudogenerne af dette gen er placeret på de korte arme af kromosom 3 , 11 og X , samt på den lange arm af kromosom 11 [1] [6] .
UBTF-proteinet er repræsenteret af en enkelt kæde på 764 aminosyrerester . Den sekundære struktur har alfa-helixer , beta-lag og en beta-vending . DNA - binding tilvejebringes af seks HGM-boks- motiver . Proteinet er også karakteriseret ved tilstedeværelsen af et N-terminalt dimeriseringsdomæne og en C-terminal syrehale . UBTF2-isoformen mangler 37 aminosyrer fra den anden HGM-boks [5] .
I opløsning danner UBTF dimerer, dimerisering udføres på grund af det N-terminale domæne med en længde på mere end 80 aminosyrerester. Dette domæne er ekstremt konserveret og kan derfor også være involveret i reguleringen af transkription og/eller binding af UBTF til funktionelle nukleolære arrangører . Blandt UBTF HGM-kasserne er kun den første absolut nødvendig for DNA-binding, mens andre HGM-bokse forstærker denne interaktion. UBTF HGM-kasserne har en karakteristisk buet L-form og består af tre alfa-helixer, der kan introducere konformationelle ændringer i DNA. Under in vitro -betingelser kan Xenopus - frøens UBTF-dimer bøje sig ind i en nukleosomfri loop på op til 180 basepar rDNA . Derudover kan UBTF samtidigt binde til to DNA- molekyler [5] .
Det C-terminale domæne af UBTF består af 57 sure aminosyrerester ( glutaminsyre og asparaginsyre ) samt 23 serinrester . Det sure domæne spiller en nøglerolle i involveringen af UBTF i transkriptionel aktivering. Det er dette negativt ladede domæne, der gør, at de aktive nukleolære arrangører farves med sølvsalte [5] .
UBTF kan gennemgå post-translationelle modifikationer såsom acetylering og phosphorylering ( threoninrest Thr201 og 12 serinrester) [6] . For den funktionelle betydning af post-translationelle ændringer, se forordning .
UBTF er en ekstremt rigelig transkriptionsfaktor; således findes der i primære humane fibroblaster op til 106 molekyler pr. celle [7] . UBTF er et nukleolært protein, der findes i to nukleolære komponenter, den tætte fibrillære komponent og de fibrillære centre. Derudover kan det findes i nukleoplasmaet [6] . UBTF har en meget høj affinitet for rDNA og kan under in vivo-betingelser binde til det i fravær af promotorer og transkription [8] . Det er blevet vist i HeLa-celler , at den nukleolære lokalisering af UBTF er relateret til intensiteten af transkription af rRNA (rDNA) gener. I nukleoler med et enkelt stort fibrillært center (sådanne nukleoler er karakteriseret ved et lavt niveau af rDNA-transskription), er UBTF overvejende lokaliseret der. I nukleoler karakteriseret ved intens rDNA-transkription og mange små fibrillære centre er UBTF dog hovedsageligt lokaliseret ved grænsen af fibrillære centre og den tætte fibrillære komponent [9] .
I lang tid blev det antaget, at den eneste funktion af UBTF er deltagelse i dannelsen af præinitieringskomplekset på rDNA -promotorer . Ifølge en model binder UBTF opstrøms- og kernepromotorelementer, hvilket resulterer i en DNA-løkke, hvorpå et nukleosomlignende proteinkompleks er samlet . På grund af dette kan UBTF interagere med transkriptionsfaktoren TIF-1B (SL1). Det resulterende kompleks tiltrækker RNA-polymerase I. Imidlertid er den faktiske mekanisme for dannelsen af præinitieringskomplekset og UBTF's rolle i initieringen af rDNA-transkription mindre klar nu: det er blevet vist, at UBTF ikke er absolut nødvendigt for transkriptionsinitiering under in vitro- betingelser [10] .
Under eksperimenter med integration af en lang række UBTF-bindingssteder fra frøen Xenopus laevis rDNA i det humane cellegenom , blev det vist, at UBTF er påkrævet til dannelsen af nukleolus. I disse rækker blev dannelsen af nukleolar-lignende strukturer observeret, derfor fungerede UBTF som en platform for samling af nukleoli selv i fravær af transkription medieret af RNA-polymerase I [11] . UBTF er sammen med RNA-polymerase I-maskineriet, nukleolin , nukleophosmin og fibrillarin , blandt de første faktorer, der initierer nukleolær samling og rekruttering af andre nukleolære proteinkomponenter [12] . UBTF er involveret i reguleringen af ribosombiogenese [13] .
Der er nogle beviser for involvering af UBTF i kromatin-omlejringer (chromatin remodeling ) . Det er blevet vist, at UBTF er påkrævet for at opretholde euchromatinstrukturen i den aktive nukleolære organisatorregion ( nor ) . Det er muligt, at dette skyldes den kompetitive forskydning af linker -histonen H1 af UBTF , som er involveret i heterochromatinization . UBTF er absolut nødvendigt for dannelsen af aktive nukleolære arrangører; i knockout-mus af det tilsvarende gen er dannelsen af NOR svækket [14] . Således forhindrer UBTF dannelsen af heterochromatin i rDNA-regionen og hjælper med at opretholde en aktiv kromatinkonformation [10] .
Det er blevet vist, at i mus giver methylering af CpG-dinukleotidet i position -133 i forhold til kernedelen af rDNA-promotoren ved hjælp af det nukleolære remodelleringskompleks NoRC transkriptionel silencing af rRNA-gener og reducerer bindingen af UBTF til rDNA-promotere. I de sidste stadier af musepromyelocytdifferentiering øges rDNA-silencing, mens UBTF-binding til rDNA-gentagelser også falder . Da UBTF- ekspression gradvist reduceres under de sidste stadier af differentiering i mange cellelinjer, er det muligt, at regulering af UBTF tjener som en nøglemekanisme for rDNA-silencing under udvikling [10] . Ved at slette UBTF -genet er det faktisk blevet vist, at UBTF-proteinet er nødvendigt for udviklingen af embryoet til morulastadiet . Interessant nok inducerede tabet af UBTF dannelsen af store intranukleære strukturer svarende til nukleolære progenitorlegemer (NPB'er) i oocytter og tidlige embryoner [15] . Det er blevet vist, at i fravær af UBTF i mus, forekommer adskillelse af nukleoler i somatiske celler og akkumulering af centrale transkriptionsfaktorer af rRNA-gener i tætte intranukleære legemer, der ligner NPB. I embryoner ødelægges selve NPB'erne og det omgivende heterochromatin [16] .
I 2015 blev det vist, at UBTF er involveret i at opretholde genomets stabilitet ved at regulere gener, der aktivt transskriberes af RNA-polymerase II [17] .
UBTF-aktivitet kan reguleres gennem post-translationelle modifikationer. For eksempel øger UBTF-phosphorylering transkription af rDNA-gener [18] . Således regulerer mTOR -proteinet (nøgleregulatoren for cellevækst) transkriptionen af rRNA-gener gennem S6K1 -proteinet og phosphorylering af det C-terminale domæne af UBTF [19] . Phosphoinositide-3-kinase phosphorylaterer UBTF under den insulinlignende vækstfaktor signalvej . UBTF kan også phosphoryleres af ERK1 / 2 kinaser . Aktivering af MAPK/ERK-vejen ved hjælp af epidermal vækstfaktor (EGF) forårsager således ERK1/2 -medieret UBTF-phosphorylering ved de første to HGM-bokse, hvilket fører til positiv regulering af rDNA-transkription på grund af øget transkriptionsforlængelse af RNA-polymerase I. Fosforylering af HGM-bokse 1 og 2 gennem ERK øger deres affinitet for lineært DNA, hvilket letter forlængelsen af transkription udført af RNA-polymerase I [13] . UBTF kan aktiveres som et resultat af phosphorylering af komplekser af cycliner og cyclinafhængige kinaser, der er specifikke for G1 -fasen af cellecyklussen [20] . Den humane tumorsuppressor p14ARF undertrykker UBTF-phosphorylering og dermed rDNA-transkription [21] .
Det er blevet vist, at tilstanden af UBTF-acetylering ændrer sig under cellecyklussen, og UBTF-acetylering påvirker dets interaktion med RNA-polymerase I [22] . Proteinkomplekset RUNX2 og histon-deacetylase 1 (HDAC1) regulerer rRNA-ekspression ved deacetylering af UBTF [23] . hALP-proteinet kan aktivere RNA-polymerase I-medieret transkription ved at binde til og acetylere UBTF [24] .
Interaktionen af UBTF med DNA kan reguleres direkte ved binding til phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat [25] .
Tabellen nedenfor viser de nøgleproteiner, som UBTF interagerer med [26] :
| Protein | Fungere | Eksperimentel bekræftelse |
|---|---|---|
| PAF53 | RNA-polymerase I-underenhed | Interaktion in vitro og co -immunpræcipitation |
| PAF49 | RNA-polymerase I-underenhed | Interaktion in vitro |
| TAF I 48 | Underenhed SL1 | Interaktion in vitro |
| TBP | Underenhed SL1 | Interaktion in vitro |
| Sirup | Interagerer med C/D-boksen af små nukleolære RNA'er | Gær to-hybrid system og co-immunudfældning |
| SIRT7 | Potentiel ADP-ribosyltransferase og deacetylase | Interaktion in vitro |
| CTCF | Organisering af kromatin | In vitro interaktion og co -udskillelse |
I lang tid troede man, at UBTF kun var til stede hos hvirveldyr . Denne opfattelse blev forstærket af fraværet af UBTF-lignende proteiner i modelorganismer som Drosophila - fluen , rundormen Caenorhabditis elegans , gæren Saccharomyces cerevisiae og blomstrende planten Arabidopsis . Men med stigende DNA-sekvensdata fra forskellige organismer er UBTF blevet fundet i ikke-hvirveldyr . For eksempel er UBTF blevet fundet i en chordat , ascidianen Ciona intestinalis . Aminosyresekvenserne for det N-terminale dimeriseringsdomæne og den første HGM-boks i Ciona og mennesker falder sammen med henholdsvis 40 % og 54 %. Desuden indeholder UBTF i Ciona , ligesom hos mennesker, flere (mindst fem) HGM-kasser [27] .
Det viste sig endvidere, at UBTF er til stede i en række leddyr (for eksempel skovflåten Ixodes scapularis , billen Tribolium castaneum , bladlusen Acyrthosiphon pisum ). Selv i genomet af det primitive dyr Trichoplax adhaerens findes en åben læseramme, der minder meget om UBTF. Sammenligning af UBTF Trichoplax og Ciona afslørede 27% lighed i sekvenser af dimeriseringsdomæner. Trichoplax UBTF- homologen har også flere HGM-bokse, hvor boksen støder op til dimeriseringsdomænet har 30 % lighed med det analoge Ciona -domæne, men Trichoplax UBTF har ikke et surt N-terminalt domæne. Tilsyneladende var der i model hvirvelløse dyr et stærkt tab af gener, inklusive dem, der koder for UBTF. Svampe og planter synes ikke at have UBTF . I gæren Saccharomyces cerevisiae blev et HGM-holdigt protein, HMO1, fundet, der kan spille roller svarende til dem for Metazoa UBTF [28] .
Herpes simplex virus type 1 får UBTF til at bevæge sig fra kernen i værtscellen ind i de virale replikationsafdelinger. Det er dog blevet vist, at UBTF ikke fremmer viral replikation, men tværtimod undertrykker den [29] .
Det er blevet påvist, at humant papillomavirus E7-oncoprotein stimulerer transkriptionen af rDNA-gener ved at øge mængden af den phosphorylerede form af UBTF [30] .
Et øget niveau af UBTF-ekspression, svarende til den positive regulering af rDNA-transkription, er forbundet med hjertehypertrofi [31] . Tværtimod reduceres niveauet af rDNA-transkription under differentiering, hvilket svarer til et signifikant fald i UBTF-ekspression [32] .
Det er blevet fastslået, at forstyrrelser i UBTF-acetylering ved lysinrest 352 er forbundet med forstyrrelser i rDNA-transskription ved Huntingtons sygdom [33] .
Det er blevet vist, at hos patienter med hepatocellulært karcinom observeres en stigning i niveauet af UBTF-ekspression, hvilket fører til en onkogen effekt. Det viste sig, at HBx-proteinet fra hepatitis B-virussen aktiverer malign transformation af celler gennem c - Myc - afhængig opregulering af UBTF-ekspression [34] .
En sammenhæng er blevet vist mellem humant hårtab og ekspressionsniveauet af UBTF [35] .