UBTF ( ylävirtaan sitoutuva transkriptiotekijä, RNA-polymeraasi I , muut nimet UBF; UBF1 ; UBF2 ; UBF-1; NOR-90) on nukleolaarinen transkriptiotekijä, joka säätelee rRNA-geenien transkriptiota RNA-polymeraasi I : n ja useiden muita prosesseja. Ihmisillä sitä koodaa UBTF - geeni , joka sijaitsee 17. kromosomissa [1] . UBTF:ää edustaa yksi polypeptidiketju , ja erityinen HGM-laatikkodomeeni vastaa sitoutumisesta DNA :han. Proteiini sijaitsee ytimessä, tarkemmin sanottuna säiekeskuksissa ja tiheässä fibrillaarisessa komponentissa. UBTF-työn rikkominen johtaa erilaisiin sairauksiin, mukaan lukien syöpään .
TRANSFAC -tietokannan mukaan UBTF -proteiini kuuluu "4.7. HMG-luokka", "4.7.4 UBF-perhe" [2] . Muut kirjoittajat erottavat HMGB-proteiinien superperheen, jossa UBTF-proteiini kuuluu HMG/UBF-perheeseen [3] [4] .
Ihmisen UBTF -geeni sijaitsee 17. kromosomissa lokuksessa 17q21.31 ja sisältää 25 eksonia . Nisäkkäillä tunnetaan 2 UBTF - proteiinin isoformia , jotka muodostuvat UBTF -geenin primääristen transkriptien vaihtoehtoisesta silmukoitumisesta : UBTF1 ja UBTF2 [5] . Tämän geenin pseudogeenit sijaitsevat kromosomien 3 , 11 ja X lyhyissä käsivarsissa sekä kromosomin 11 pitkässä haarassa [1] [6] .
UBTF -proteiinia edustaa yksi 764 aminohappotähteen ketju . Toissijaisessa rakenteessa on alfakierteet , beta-kerrokset ja beta-käännös . DNA :n sitoutuminen saadaan aikaan kuudella HGM-box- motiivilla . Proteiinille on myös tunnusomaista N-terminaalinen dimerisaatiodomeeni ja C-terminaalinen happohäntä . UBTF2-isoformilta puuttuu 37 aminohappoa toisesta HGM-laatikosta [5] .
Liuoksessa UBTF muodostaa dimeerejä, dimerisaatio tapahtuu N-terminaalisen domeenin vuoksi, jonka pituus on yli 80 aminohappotähdettä. Tämä domeeni on erittäin konservoitunut , ja siksi se voi myös olla osallisena UBTF:n transkription ja/tai sitoutumisen säätelyyn toiminnallisiin nukleolaarisiin organisoijeihin . UBTF HGM -laatikoista vain ensimmäinen on ehdottoman välttämätön DNA:n sitoutumiselle, kun taas muut HGM-laatikot vahvistavat tätä vuorovaikutusta. UBTF HGM -laatikoilla on tyypillinen kaareva L-muoto ja ne koostuvat kolmesta alfaheliksistä, jotka voivat aiheuttaa konformaatiomuutoksia DNA:han. In vitro -olosuhteissa Xenopus - sammakon UBTF - dimeeri voi taipua nukleosomivapaaksi silmukaksi, joka koostuu jopa 180 emäsparista rDNA:ta . Lisäksi UBTF voi samanaikaisesti sitoutua kahteen DNA - molekyyliin [5] .
UBTF:n C-terminaalinen domeeni koostuu 57 happamasta aminohappotähteestä ( glutamiini- ja asparagiinihappo ) sekä 23 seriinitähteestä . Happamalla domeenilla on keskeinen rooli UBTF:n osallistumisessa transkription aktivaatioon. Juuri tämä negatiivisesti varautunut domeeni saa aktiiviset nukleolaariset organisaattorit värjäytymään hopeasuoloilla [5] .
UBTF voi läpikäydä translaation jälkeisiä modifikaatioita , kuten asetylaatiota ja fosforylaatiota ( treoniinitähde Thr201 ja 12 seriinitähdettä) [6] . Katso translaation jälkeisten muutosten toiminnallinen merkitys asetuksessa .
UBTF on erittäin runsas transkriptiotekijä; siten ihmisen primaarisista fibroblasteista löytyy jopa 106 molekyyliä solua kohden [7] . UBTF on nukleolaarinen proteiini, joka löytyy kahdesta nukleolaarisesta komponentista, tiheästä säikeisestä komponentista ja fibrillaarisista keskuksista. Lisäksi sitä löytyy nukleoplasmasta [6] . UBTF:llä on erittäin korkea affiniteetti rDNA:han ja in vivo -olosuhteissa se voi sitoutua siihen ilman promoottoria ja transkriptiota [8] . HeLa-soluissa on osoitettu, että UBTF:n nukleolaarinen lokalisaatio liittyy rRNA (rDNA) -geenien transkription intensiteettiin. Tumasoluissa, joissa on yksi suuri fibrillaarinen keskus (tällaisille nukleoleille on ominaista alhainen rDNA-transkription taso), UBTF sijaitsee pääasiassa siellä. Kuitenkin tumasoluissa, joille on ominaista voimakas rDNA-transkriptio ja monet pienet fibrillaarikeskukset, UBTF sijaitsee pääasiassa säiekeskusten ja tiheän fibrillaarikomponentin rajalla [9] .
Pitkään uskottiin, että UBTF:n ainoa tehtävä on osallistuminen preiniitiation -kompleksin muodostukseen rDNA - promoottorien päällä. Yhden mallin mukaan UBTF sitoo ylävirran ja ydinpromoottorielementtejä, mikä johtaa DNA-silmukaan, johon kootaan nukleosomin kaltainen proteiinikompleksi . Tästä johtuen UBTF voi olla vuorovaikutuksessa transkriptiotekijän TIF-1B (SL1) kanssa. Tuloksena oleva kompleksi vetää puoleensa RNA-polymeraasi I:tä. Varsinainen preiniitiaatiokompleksin muodostumismekanismi ja UBTF:n rooli rDNA-transkription aloituksessa ovat kuitenkin vähemmän selviä: on osoitettu, että UBTF ei ole ehdottoman välttämätön transkription aloitukseen in vitro -olosuhteissa [10] .
Kokeissa, jotka koskivat sammakon Xenopus laevis rDNA:n UBTF:n sitoutumiskohtien pitkän sarjan integrointia ihmisen solun genomiin , osoitettiin, että UBTF:ää tarvitaan tuman muodostumiseen. Näissä riveissä havaittiin nukleolaaristen rakenteiden muodostumista, joten UBTF toimi alustana nukleolien kokoamiselle jopa ilman RNA-polymeraasi I:n välittämää transkriptiota [11] . UBTF yhdessä RNA-polymeraasi I -koneiston, nukleoliinin , nukleofosmiinin ja fibrillariinin kanssa on ensimmäisiä tekijöitä, jotka käynnistävät nukleolaarisen kokoonpanon ja muiden nukleolaaristen proteiinikomponenttien rekrytoinnin [12] . UBTF osallistuu ribosomien biogeneesin säätelyyn [13] .
On olemassa todisteita UBTF:n osallistumisesta kromatiinin uudelleenjärjestelyihin (kromatiinin uudelleenmuotoilu ) . On osoitettu , että UBTF : tä tarvitaan ylläpitämään eukromatiinirakennetta aktiivisella nukleolaarisella organisaattorialueella ( NOR ) . On mahdollista, että tämä johtuu linkkerihistonin H1 kompetitiivisesta syrjäyttämisestä UBTF:llä , joka osallistuu heterokromatinisaatioon . UBTF on ehdottoman välttämätön aktiivisten nukleolaaristen järjestäjien muodostumiselle; vastaavan geenin knockout-hiirillä NOR:n muodostuminen on heikentynyt [14] . Siten UBTF estää heterokromatiinin muodostumisen rDNA-alueella ja auttaa ylläpitämään aktiivista kromatiinin konformaatiota [10] .
On osoitettu, että hiirillä CpG-dinukleotidin metylaatio asemassa -133 suhteessa rDNA-promoottorin ydinosaan nukleolaarisen remodeling-kompleksin NoRC:n toimesta saa aikaan rRNA-geenien transkription vaimennuksen ja vähentää UBTF:n sitoutumista rDNA-promoottoriin. Hiiren promyelosyyttien erilaistumisen loppuvaiheessa rDNA:n vaimentaminen lisääntyy, kun taas UBTF:n sitoutuminen rDNA-toistoihin myös vähenee. Koska UBTF:n ilmentyminen vähenee asteittain erilaistumisen viimeisten vaiheiden aikana monissa solulinjoissa, on mahdollista, että UBTF:n säätely toimii avainmekanismina rDNA:n vaimentamisessa kehityksen aikana [10] . Todellakin, poistamalla UBTF -geeni , on osoitettu, että UBTF-proteiinia tarvitaan alkion kehittymiseen morulavaiheeseen . Mielenkiintoista on, että UBTF:n häviäminen aiheutti suurien intranukleaaristen rakenteiden muodostumisen, jotka muistuttivat nukleolaarisia progenitorikappaleita (NPB:t) munasoluissa ja varhaisissa alkioissa [15] . On osoitettu, että UBTF:n puuttuessa hiirissä tapahtuu nukleolien hajoamista somaattisissa soluissa ja rRNA-geenien avaintranskriptiotekijöiden kerääntymistä tiheisiin nukleaarisiin kappaleisiin, jotka ovat samanlaisia kuin NPB. Alkioissa itse NPB:t ja ympäröivä heterokromatiini tuhoutuvat [16] .
Vuonna 2015 osoitettiin, että UBTF osallistuu genomin stabiilisuuden ylläpitämiseen säätelemällä geenejä, joita RNA-polymeraasi II transkriptoi aktiivisesti [17] .
UBTF-aktiivisuutta voidaan säädellä translaation jälkeisillä modifikaatioilla. Esimerkiksi UBTF-fosforylaatio tehostaa rDNA-geenien transkriptiota [18] . Siten mTOR -proteiini (solukasvun avainsäätelijä) säätelee rRNA-geenien transkriptiota S6K1 -proteiinin kautta ja UBTF : n C-terminaalisen domeenin fosforylaatiota [19] . Fosfoinositidi-3-kinaasi fosforyloi UBTF: n insuliinin kaltaisen kasvutekijän signalointireitin aikana . ERK1 / 2 kinaasit voivat myös fosforyloida UBTF:n . Siten MAPK/ERK-reitin aktivoituminen epidermaalisen kasvutekijän (EGF) toimesta aiheuttaa ERK1/2 -välitteisen UBTF-fosforylaation kahdessa ensimmäisessä HGM-laatikossa, mikä johtaa rDNA-transkription positiiviseen säätelyyn RNA-polymeraasi I:n lisääntyneen transkription pidentymisen vuoksi. Fosforylaatio HGM-laatikoiden 1 ja 2 siirtäminen ERK:n kautta lisää niiden affiniteettia lineaariseen DNA:han, mikä helpottaa RNA-polymeraasi I:n suorittaman transkription pidentymistä [13] . UBTF voidaan aktivoida fosforylaation seurauksena sykliinien ja sykliinistä riippuvaisten kinaasien kompleksien avulla, jotka ovat spesifisiä solusyklin G1 -vaiheelle [20] . Ihmisen kasvainsuppressori p14ARF suppressoi UBTF:n fosforylaatiota ja siten rDNA-transkriptiota [21] .
On osoitettu, että UBTF-asetylaatiotila muuttuu solusyklin aikana ja UBTF-asetylaatio vaikuttaa sen vuorovaikutukseen RNA-polymeraasi I:n kanssa [22] . Proteiinikompleksi RUNX2 ja histonideasetylaasi 1 (HDAC1) säätelevät rRNA:n ilmentymistä deasetyloimalla UBTF:ää [23] . hALP-proteiini voi aktivoida RNA-polymeraasi I -välitteisen transkription sitoutumalla UBTF:ään ja asetyloimalla sitä [24] .
UBTF:n vuorovaikutusta DNA:n kanssa voidaan säädellä suoraan sitoutumalla fosfatidyyli-inositoli-4,5-bisfosfaattiin [25] .
Alla olevassa taulukossa luetellaan tärkeimmät proteiinit, joiden kanssa UBTF on vuorovaikutuksessa [26] :
| Proteiini | Toiminto | Kokeellinen vahvistus |
|---|---|---|
| PAF53 | RNA-polymeraasi I -alayksikkö | Vuorovaikutus in vitro ja yhteisimmunosaostus |
| PAF49 | RNA-polymeraasi I -alayksikkö | Vuorovaikutus in vitro |
| TAF I 48 | Alayksikkö SL1 | Vuorovaikutus in vitro |
| TBP | Alayksikkö SL1 | Vuorovaikutus in vitro |
| Siirappi_ | Vuorovaikuttaa pienten nukleolaaristen RNA:iden C/D-laatikon kanssa | Hiiva -kaksihybridijärjestelmä ja yhteisimmunosaostus |
| SIRT7 | Mahdolliset ADP-ribosyylitransferaasi ja deasetylaasi | Vuorovaikutus in vitro |
| CTCF | Kromatiinin organisaatio | In vitro -vuorovaikutus ja rinnakkaiseritys |
Pitkään ajateltiin, että UBTF oli läsnä vain selkärankaisilla . Tätä käsitystä vahvisti UBTF:n kaltaisten proteiinien puuttuminen mallieliöissä , kuten Drosophila - kärpäsessä , sukulamatossa Caenorhabditis elegansissa , hiivassa Saccharomyces cerevisiae ja kukkivassa Arabidopsis -kasvissa . Eri organismien DNA-sekvenssitietojen lisääntyessä UBTF:ää on kuitenkin löydetty muista kuin selkärankaisista eläimistä . Esimerkiksi UBTF on löydetty sointua , ascidian Ciona intestinalis . N-terminaalisen dimerisaatiodomeenin ja ensimmäisen HGM-laatikon aminohapposekvenssit Cionassa ja ihmisissä vastaavat 40 % ja 54 %. Lisäksi Cionassa , kuten ihmisillä, UBTF sisältää useita (ainakin viisi) HGM-laatikkoa [27] .
Lisäksi kävi ilmi, että UBTF:ää esiintyy useissa niveljalkaisissa (esimerkiksi punkki Ixodes scapularis , kovakuoriainen Tribolium castaneum , kirva Acyrthosiphon pisum ). Jopa primitiivisen eläimen Trichoplax adhaerens genomista löytyy avoin lukukehys , joka on hyvin samanlainen kuin UBTF. UBTF Trichoplaxin ja Cionan vertailu paljasti 27 %:n samankaltaisuuden dimerisaatiodomeenien sekvensseissä. Trichoplax UBTF -homologissa on myös useita HGM-laatikoita, jolloin dimerisaatiodomeenin vieressä oleva laatikko on 30 % samankaltainen analogisen Ciona- domeenin kanssa, mutta Trichoplax UBTF: llä ei ole hapanta N-terminaalista domeenia. Ilmeisesti malliselkärangattomissa geenit, mukaan lukien UBTF:ää koodaavat, hävisivät voimakkaasti . Sienillä ja kasveilla ei näytä olevan UBTF:ää . Saccharomyces cerevisiae -hiivasta löydettiin HGM-proteiinia sisältävä proteiini, HMO1, jolla voi olla samanlaisia rooleja kuin Metazoa UBTF:llä [28] .
Herpes simplex -virus tyyppi 1 saa UBTF:n siirtymään isäntäsolun tumasta viruksen replikaatio-osastoihin. On kuitenkin osoitettu, että UBTF ei edistä viruksen replikaatiota, vaan päinvastoin tukahduttaa sitä [29] .
On osoitettu, että ihmisen papilloomaviruksen E7 onkoproteiini stimuloi rDNA-geenien transkriptiota lisäämällä UBTF:n fosforyloidun muodon määrää [30] .
Lisääntynyt UBTF:n ilmentymistaso, joka vastaa rDNA-transkription positiivista säätelyä, liittyy sydämen hypertrofiaan [31] . Päinvastoin, erilaistumisen aikana rDNA-transkription taso vähenee, mikä vastaa merkittävää UBTF-ilmentymisen vähenemistä [32] .
On osoitettu, että häiriöt UBTF:n asetylaatiossa lysiinitähteen 352 kohdalla liittyvät rDNA-transkription häiriöihin Huntingtonin taudissa [33] .
On osoitettu, että potilailla, joilla on hepatosellulaarinen karsinooma , havaitaan UBTF:n ilmentymisen tason nousua, mikä johtaa onkogeeniseen vaikutukseen. Kävi ilmi, että B-hepatiittiviruksen HBx-proteiini aktivoi solujen pahanlaatuisen transformaation c - Myc -riippuvaisen UBTF:n ilmentymisen lisääntymisen kautta [34] .
Ihmisen hiustenlähtöön ja UBTF:n ilmentymistason välillä on osoitettu yhteys [35] .