SOX11 interactome analysis: Implication in transcriptional control and neurogenesis

Abstract

Somatische Stammzellen können sich durch mitotische Teilung vermehren, was eine Regeneration vieler Gewebe nach Verletzungen oder Infektion ermöglicht. Im adulten Säugerhirn kann der Verlust von post-mitotischen Neuronen jedoch nicht kompensiert werden. Eine Ausnahme bildet die das gesamte erwachsene Leben andauernde Differenzierung von Neuronen aus einem Pool von neuronalen Stammzellen. Dieser Prozess, bezeichnet als adulte Neurogenese, ist auf einige spezielle Bereiche des Gehirns, die neurogenen Nischen beschränkt. Dessen Regulierung unterliegt einer komplexen Maschinerie aus extrinsischen und intrinsischen Mechanismen. Bei den intrazellulären Prozessen der adulten Neurogenese spielen die Proteine aus der Familie der SOX Transkriptionsfaktoren eine entscheidende Rolle. Das SOXC Protein SOX11 stellt einen essentiellen Faktor während der Festlegung des neuronalen Schicksals von Vorläuferzellen und der Initiierung von frühen neuronalen Expressionsprogrammen dar. Aktuelle Modelle deuten darauf hin, dass sowohl die Erhaltung der Stammzelleigenschaften als auch die Differenzierung von zentralen Transkriptionsnetzwerken reguliert werden. Diese bestehen aus interagierenden Transkriptionsfaktoren, welche zusammen Genexpressionsprogramme kontrollieren. Aufgrund dieser Erkenntnisse, wurde die Studie darauf ausgelegt, regulatorische Prozesse der späten neuronalen Differenzierung und Reifung zu identifizieren, welche die frühe neuronale Identität innerhalb der unreifen Neuronen definieren. Durch seine zentrale Bedeutung für die neuronale Differenzierung und die Initiierung der Expression neuronaler Marker, wurde SOX11 als Ausgangspunkt für die Analyse des zu Grunde liegenden Transkriptionsnetzwerks gewählt. SOX11-spezifische monoklonale Antikörper wurden zur Detektion des Proteins auf Western Blot Ebene generiert und validiert. Das SOX11-assoziierte Transkriptionsnetzwerk wurde durch die Bestimmung des SOX11-Interaktoms in Neuro2a Zellen mithilfe von Affinitätsaufreinigung und quantitativer Massenspektrometrie erstellt. Das identifizierte SOX11-spezifische Interaktom wies eine signifikante Anreicherung von Transkriptionsfaktoren und anderen Regulatoren auf Transkriptionsebene auf. Literaturrecherche und GO Term Analyse verifizierten darüber hinaus einige der Interaktoren als modulierende Proteine während der Neurogenese. Ein Protein-Protein Interaktionsnetzwerk, in dem die experimentell bestimmten Daten mit Informationen aus öffentlichen Interaktionsdatenbanken vervollständigt wurden, zeigt die Interaktionen zwischen den Proteinen, sowie die Konnektivität einzelner Faktoren. Ausgewählte SOX11 Interaktoren wurden mithilfe von Promotorstudien funktionell charakterisiert. Analysiert wurde der Einfluss auf die durch SOX11 aktivierten Promotoren von DCX und Stathmin1, zwei Markerproteine der frühen neuronalen Identität. Zwei Transkriptionsfaktoren, MYT1 und YY1, zeigten einen kooperativen Effekt mit SOX11 auf die Promotoren beider Gene. In silico Promotoranalysen für DCX und Stathmin1 ergaben benachbarte Bindungssequenzen sowohl für MYT1 und SOX11, als auch für YY1 und SOX11 innerhalb des DCX Promotors und für MYT1 und SOX11 innerhalb des Stathmin1 Promotors, durch welche die Kooperation der Transkriptionsfaktoren auf den Promotoren ermöglicht wird. Zudem ergab das Genom-weite Bindungsprofil von MYT1 und SOX11 eine Anreicherung von in die Neurogenese involvierten Genen. Die proteomische Analyse des SOX11-Transkriptionsnetzwerks in Kombination mit funktionellen Promotorstudien identifizierte neue Faktoren, die eine Rolle bei der intrinsischen Modulierung der späten Neurogenese spielen und deckte die kooperative Aktivität von MYT1 und YY1 mit SOX11 in Bezug auf die Regulierung früher neuronaler Markern auf. Zusätzlich wurden einige Kandidaten identifiziert, die möglicherweise Strategien zur Reprogrammierung von somatischen Zellen in funktionelle Neuronen verbessern können und damit einen Beitrag zur regenerativen Medizin leisten.