10.13:

10.13: Master-Transkriptionsregulatoren

Master Transcription Regulators

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Molecular Biology

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JoVE Core Molecular Biology

Master Transcription Regulators

10.12: Induced Pluripotent Stem Cells

10.14: Epigenetic Regulation

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02:23 min

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November 23, 2020

Overview

Master transcription regulators are regulatory proteins that are predominantly responsible for regulating the expression of multiple genes. Often these genes work in concert to drive a complex process. Activation of a master transcription regulator can lead to a cascade of transcriptional activation necessary for that outcome. These regulators can directly bind to the regulatory sequences of the various genes involved, or they can indirectly regulate transcription by binding to regulatory sequences of additional transcriptional regulators and induce their production. The expression of a particular phenotype in an organism is often under the control of one or two master transcription regulators. The significance of these regulators in the functioning of organisms and the expression of diseased phenotypes make them ideal targets for drug development research.

MEF2C is a master transcriptional regulator that is predominantly responsible for the development of breast cancer. It belongs to the Mef2 family of transcription activators responsible for cell differentiation and development. There are several characteristic features of MEF2C that demonstrate its function as a master transcription regulator. It consists of two DNA binding domains – Mef2 and MADS-box. The Mef2 domain is known for its high-affinity DNA binding and dimerization function. MEF2C also has binding sites for TEAD1, a co-regulator that is responsible for enhancing transcription; MAPK7, a transcription factor that regulates cell proliferation and differentiation; EP300, a transcription factor involved in regulation of cell growth and division; and several histone deacetylases, such as HDAC4, HDAC7, and HDAC9.

Experimental analysis has shown that MEF2C can directly regulate many genes responsible for the oncogenic phenotype. It can also indirectly regulate the phenotype by activating other transcription factors: 1896 genes and 2156 regulatory interactions at the second-order and 5852 genes and 18801 interactions at the third-order.

Transcript

Viele komplexe zelluläre Prozesse werden von einigen wenigen Schlüsseltranskriptionsfaktoren gesteuert, die als Master-Transkriptionsregulatoren bekannt sind. Diese Master-Regulatoren fördern oder hemmen die Transkription von Gengruppen, wie sie beispielsweise für die Zelldifferenzierung benötigt werden.

Diese wichtigen Proteine können entweder direkt oder indirekt die Genexpression regulieren.

Master-Transkriptionsregulatoren können direkt an cis-regulatorische Sequenzen binden, um die Transkription mehrerer Gene zu steuern, die an verwandten zellulären Reaktionen beteiligt sind.

MyoD ist ein Master-Transkriptionsregulator, der für die Differenzierung von Muskelzellen benötigt wird. Es bindet an cis-regulatorische Sequenzen von Hunderten von Genen, die an der Muskelentwicklung beteiligt sind, einschließlich der Myosin-Schwerkette, einem Motorprotein, das im Muskel vorkommt, und Desmin, einem muskelspezifischen Zwischenfilament.

Master-Transkriptionsregulatoren können auch indirekt wirken, indem sie an cis-regulatorische Sequenzen binden, die die Produktion anderer Transkriptionsfaktoren steuern.

MyoD bindet an regulatorische Sequenzen, die die Expression anderer Transkriptionsfaktoren induzieren, wie z. B. des Myozyten-spezifischen Enhancer-Faktors 2, der zusätzliche Gene reguliert, die für die Entwicklung und Reparatur von Muskelgewebe benötigt werden.

Master-Regulatoren arbeiten oft zusammen, um die Zelldifferenzierung zu fördern. Die Master-Regulatoren Oct4 und Sox2 arbeiten zusammen, um die Expression von Zfp206 zu regulieren. Dieser Transkriptionsfaktor muss in den embryonalen Stammzellen von Mäusen und Menschen stark exprimiert werden, um die Zelldifferenzierung auszulösen.

In ähnlicher Weise lösen PPARγ und C/EBPα zusammen die Entwicklung von Adipozyten oder Fettzellen aus, indem sie an cis-regulatorische Stellen für Adipozyten-spezifische Proteine binden. Darüber hinaus binden PPARγ und C/EBPα jeweils an eine transkriptionsregulatorische Stelle für die andere, wodurch eine positive Rückkopplungsschleife entsteht, um die Transkription während der Differenzierung weiter zu erhöhen.

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