Схематическая диаграмма аминокислотных последовательностей членов семейства E2F ( N-конец слева, C-конец справа), подчеркивающая относительное расположение функциональных доменов внутри каждого члена:
Гены
Последовательности мРНК E2F1 или белка E2F1 Homo sapiens из базы данных белков и нуклеотидов NCBI .
Роль CDK4, циклина D, Rb и E2F в регуляции клеточного цикла.Обзор путей передачи сигнала, участвующих в апоптозе .
Члены семейства E2F играют важную роль во время перехода G1/S в клеточном цикле млекопитающих и растений (см. путь клеточного цикла KEGG). Анализ ДНК-микрочипов выявляет уникальные наборы целевых промоторов среди членов семейства E2F, что позволяет предположить, что каждый белок играет уникальную роль в клеточном цикле. [2] Среди транскрипционных целей E2F находятся циклины , CDK , регуляторы контрольных точек, белки репарации и репликации ДНК . Тем не менее, среди членов семейства наблюдается значительная избыточность. Эмбрионы мышей, у которых отсутствуют E2F1, E2F2 и одна из изоформ E2F3, могут нормально развиваться, если экспрессируется либо E2F3a, либо E2F3b. [3]
Семейство E2F обычно делится по функциям на две группы: активаторы транскрипции и репрессоры. Активаторы, такие как E2F1, E2F2, E2F3a, способствуют и помогают выполнять клеточный цикл, в то время как репрессоры ингибируют клеточный цикл. Тем не менее, оба набора E2F имеют схожие домены. E2F1-6 имеют домен гетеродимеризации DP1,2, который позволяет им связываться с DP1 или DP2, белками, отдаленно связанными с E2F. Связывание с DP1,2 обеспечивает второй сайт связывания ДНК, увеличивая стабильность связывания E2F. [4] Большинство E2F имеют домен связывания карманного белка . Карманные белки, такие как pRB и родственные белки p107 и p130, могут связываться с E2F при гипофосфорилировании. Было показано, что в активаторах связывание E2F с pRB маскирует домен трансактивации, отвечающий за активацию транскрипции. [5] В репрессорах E2F4 и E2F5 связывание белка кармана (чаще p107 и p130, чем pRB) опосредует набор комплексов репрессии для подавления целевых генов. [6] E2F6, E2F7 и E2F8 не имеют участков связывания белка кармана, и их механизм подавления генов неясен. Cdk4(6)/циклин D и cdk2/циклин E фосфорилируют pRB и связанные белки кармана, что позволяет им диссоциировать от E2F. Белки активатора E2F затем могут транскрибировать гены, способствующие S-фазе. В клетках REF52 сверхэкспрессия активатора E2F1 способна подтолкнуть покоящиеся клетки в S-фазу. [7] Хотя репрессоры E2F4 и 5 не изменяют пролиферацию клеток, они опосредуют остановку G1. [2]
Уровни активатора E2F цикличны, с максимальной экспрессией во время G1/S. Напротив, репрессоры E2F остаются постоянными, особенно потому, что они часто экспрессируются в покоящихся клетках. В частности, E2F5 экспрессируется только в терминально дифференцированных клетках у мышей. [2] Баланс между репрессором и активатором E2F регулирует прогрессию клеточного цикла. Когда активаторные белки семейства E2F выключаются, репрессоры становятся активными, чтобы ингибировать целевые гены E2F. [8]
Комплексы E2F/pRb
Белок -супрессор опухолей Rb (pRb) связывается с фактором транскрипции E2F1, предотвращая его взаимодействие с клеточным аппаратом транскрипции. В отсутствие pRb E2F1 (вместе со своим партнером по связыванию DP1) опосредует трансактивацию целевых генов E2F1, которые облегчают переход G1/S и S-фазу. E2F нацелен на гены, которые кодируют белки, участвующие в репликации ДНК (например, ДНК-полимеразу , тимидинкиназу , дигидрофолатредуктазу и cdc6 ) и хромосомной репликации (связывающий белок начала репликации HsOrc1 и MCM5 ). Когда клетки не пролиферируют, сайты связывания ДНК E2F способствуют репрессии транскрипции. Эксперименты по футпринтингу in vivo, проведенные на промоторах Cdc2 и B-myb, продемонстрировали занятость сайта связывания ДНК E2F во время G0 и раннего G1, когда E2F находится в комплексах, подавляющих транскрипцию, с белками кармана.
pRb является одной из целей онкогенного белка вируса папилломы человека E7 и белка аденовируса человека E1A. Связываясь с pRB, они останавливают регуляцию факторов транскрипции E2F и запускают клеточный цикл, обеспечивая репликацию генома вируса.
Активаторы: E2F1, E2F2, E2F3a
Активаторы максимально экспрессируются в конце G1 и могут быть обнаружены в ассоциации с регулируемыми E2F промоторами во время перехода G1/S. Активация генов E2F-3a следует за стимуляцией фактора роста и последующим фосфорилированием белка ретинобластомы ингибитора E2F, pRB . Фосфорилирование pRB инициируется комплексом циклин D / cdk4 , cdk6 и продолжается циклином E / cdk2. Сам циклин D / cdk4,6 активируется сигнальным путем MAPK .
При связывании с E2F-3a pRb может напрямую подавлять целевые гены E2F-3a, привлекая к промотору комплексы ремоделирования хроматина и активности, модифицирующие гистоны (например, гистондеацетилазу, HDAC ).
Ингибиторы: E2F3b, E2F4, E2F5, E2F6, E2F7, E2F8
E2F3b, E2F4, E2F5 экспрессируются в покоящихся клетках и могут быть обнаружены связанными с E2F-связывающими элементами на промоторах E2F-мишеней во время фазы G0. E2F-4 и 5 преимущественно связываются с p107/p130.
E2F-6 действует как транскрипционный репрессор, но через отдельный, независимый от карманного белка способ. E2F-6 опосредует репрессию путем прямого связывания с белками группы поликомб или через образование большого мультимерного комплекса, содержащего белки Mga и Max.
Гены-репрессоры E2F7/E2F8, расположенные на хромосоме 7, являются факторами транскрипции, ответственными за регуляцию клеточного цикла, кодирующего белок. Вместе они необходимы для развития неповрежденной, организованной и функциональной плацентарной структуры во время эмбрионального развития. Хотя конкретные молекулярные пути остаются неизвестными, исследователи использовали плацентарных и фетальных специфичных для линии cre мышей для определения функций синергических генов E2F7 и E2Fhe8. Нокаутные мыши, лишенные E2F7 и E2F8, приводят к аномальной трофобластической пролиферации, сопровождающейся выраженным клеточным апоптозом. Фенотипически плацента демонстрирует нарушения в клеточной архитектуре, включая большие кластеры недифференцированных трофобластических клеток, которые не смогли проникнуть в материнскую децидуальную оболочку. [9] Белки E2F7 и E2F8 могут функционировать как репрессоры независимо от взаимодействия с DP. Они уникальны тем, что имеют дублированный консервативный E2F-подобный домен связывания ДНК и не имеют домена димеризации DP1,2. Они также, по-видимому, играют роль в ангиогенезе посредством активации фактора роста эндотелия сосудов А. Используя данио-рерио, были обнаружены серьезные сосудистые дефекты головы и соматических сосудов, когда у животных были истощены E2F7 и E2F8. [10] Противодействующая E2F3a транскрипционная программа была обнаружена, которая функционирует посредством координации нескольких генов в семействе E2F, чтобы обеспечить правильное развитие плаценты.
^ Чжэн Н., Френкель Э., Пабо К.О., Павлетич Н.П. (март 1999 г.). «Структурные основы распознавания ДНК гетеродимерным фактором транскрипции клеточного цикла E2F-DP». Гены и развитие . 13 (6): 666–74. дои : 10.1101/gad.13.6.666. ПМК 316551 . ПМИД 10090723.
^ abc Gaubatz S, Lindeman GJ, Ishida S, Jakoi L, Nevins JR, Livingston DM, Rempel RE (сентябрь 2000 г.). "E2F4 и E2F5 играют важную роль в контроле G1, опосредованном белком кармана". Molecular Cell . 6 (3): 729–35. doi : 10.1016/S1097-2765(00)00071-X . PMID 11030352.
^ Цай С.Ю., Опавский Р., Шарма Н., Ву Л., Найду С., Нолан Э., Фериа-Ариас Е., Тиммерс С., Опавска Дж., де Брюин А., Чонг Дж.Л., Триха П., Фернандес С.А., Стромберг П., Росол Т.Дж., Леоне Г (август 2008 г.). «Разработка мыши с одним активатором E2F». Природа . 454 (7208): 1137–41. Бибкод : 2008Natur.454.1137T. дои : 10.1038/nature07066. ПМЦ 4288824 . ПМИД 18594513.
^ Sozzani R, Maggio C, Varotto S, Canova S, Bergounioux C, Albani D, Cella R (апрель 2006 г.). «Взаимодействие между факторами активации Arabidopsis E2Fb и E2Fa в прогрессии и развитии клеточного цикла». Plant Physiology . 140 (4): 1355–66. doi :10.1104/pp.106.077990. PMC 1435807 . PMID 16514015.
^ ab Maiti B, Li J, de Bruin A, Gordon F, Timmers C, Opavsky R, Patil K, Tuttle J, Cleghorn W, Leone G (май 2005 г.). «Клонирование и характеристика мышиного E2F8, нового представителя семейства млекопитающих E2F, способного блокировать клеточную пролиферацию». Журнал биологической химии . 280 (18): 18211–20. doi : 10.1074/jbc.M501410200 . PMID 15722552.
^ Chen HZ, Tsai SY, Leone G (ноябрь 2009 г.). «Возникающие роли E2F при раке: выход из контроля клеточного цикла». Nature Reviews. Cancer . 9 (11): 785–97. doi :10.1038/nrc2696. PMC 3616489. PMID 19851314 .
^ Джонсон Д.Г., Шварц Дж.К., Кресс В.Д., Невинс Дж.Р. (сентябрь 1993 г.). «Экспрессия фактора транскрипции E2F1 индуцирует покоящиеся клетки для входа в S-фазу». Nature . 365 (6444): 349–52. Bibcode :1993Natur.365..349J. doi :10.1038/365349a0. PMID 8377827. S2CID 4308877.
^ Timmers C, Sharma N, Opavsky R, Maiti B, Wu L, Wu J, Orringer D, Trikha P, Saavedra HI, Leone G (январь 2007 г.). "E2f1, E2f2 и E2f3 контролируют экспрессию мишени E2F и клеточную пролиферацию через p53-зависимую отрицательную обратную связь". Молекулярная и клеточная биология . 27 (1): 65–78. doi :10.1128/MCB.02147-06. PMC 1800646. PMID 17167174 .
^ Ouseph, M., Li, J., Chen, H., Pecot, T., Wensel, P., Thompson, J., Comstock, G., Chokshi, V., Byrne, M., Forde, B., Chong, J., Huang, K., Machiraju, R., Bruin, A., and Leone, G. «Атипичные репрессоры и активаторы E2F координируют развитие плаценты». Developmental Cell 22, 849–862, 17 апреля 2012 г.
^ Вейтс, Б., Баккер, В., Корнелиссен, П., Лян, К., Шафтенаар, Ф., Вестендорп, Б., Де Вольф, К., Пациеевска, М., Шееле, К., Кент, Л. ., Леоне Г., Шульте-Меркер С. и Брюин А. «E2F7 и E2F8 способствуют ангиогенезу посредством транскрипционной активации VEGFA во взаимодействии с HIF-1. Журнал EMBO (2012) 31, 3871-3884.
^ Cobrinik D (апрель 2005 г.). «Карманные белки и контроль клеточного цикла». Онкоген . 24 (17): 2796–809. doi : 10.1038/sj.onc.1208619 . PMID 15838516.
^ Огава Х., Ишигуро К., Гаубац С., Ливингстон Д.М., Накатани Й. (май 2002 г.). «Комплекс с модификаторами хроматина, который занимает гены, чувствительные к E2F и Myc, в клетках G0». Science . 296 (5570): 1132–6. Bibcode :2002Sci...296.1132O. doi :10.1126/science.1069861. PMID 12004135. S2CID 34863978.
^ Tommasi S, Pfeifer GP (декабрь 1995 г.). «In vivo структура промотора человеческого cdc2: высвобождение комплекса p130-E2F-4 из последовательностей, расположенных непосредственно выше сайта инициации транскрипции, совпадает с индукцией экспрессии cdc2». Molecular and Cellular Biology . 15 (12): 6901–13. doi :10.1128/mcb.15.12.6901. PMC 230945 . PMID 8524257.
^ Zwicker J, Liu N, Engeland K, Lucibello FC, Müller R (март 1996). "Регулирование клеточного цикла занятия сайта E2F in vivo". Science . 271 (5255): 1595–7. Bibcode :1996Sci...271.1595Z. doi :10.1126/science.271.5255.1595. PMID 8599118. S2CID 6810784.
^ Tategu M, Arauchi T, Tanaka R, Nakagawa H, Yoshida K (2007). «Системная биологическая идентификация перекрестных помех между факторами транскрипции E2F и путем анемии Фанкони». Gene Regulation and Systems Biology . 1 (1): 1–7. doi :10.1177/117762500700100001. PMC 2759144 . PMID 19936073.
