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La trascrizione è un processo estremamente complesso che coinvolge l'organizzazione dinamica, spaziale e temporale dei fattori di trascrizione (TF) e dei cofattori per il reclutamento e la modulazione delle polimerasi dell'RNA sulle regioni della cromatina in risposta a stimoli specifici1 . La maggior parte dei TF, incluso il soppressore umano del tumore P53, riconosce specifici elementi cis-agire sotto forma di sequenze di DNA chiamate elementi di risposta (RE), che consistono in singoli (o multipli) motivi unici lunghi 6-10 nucleotidi. All'interno di questi motivi, singole posizioni possono mostrare vari gradi di variabilità2, di solito riassunti da matrici di peso posizione (PWM) o loghi3,4.
Il lievito S. cerevisiae è un sistema modello adatto per studiare diversi aspetti delle proteine umane attraverso saggi di complemento, espressione ectopica e saggi funzionali, anche quando non è presente un gene di lievito ortologo5, 6 È possibile: , 7. A causa della conservazione evolutiva dei componenti basali del sistema trascrizionale8, molti TF umani (espressi ectopicamente in cellule di lievito) possono modulare l'espressione di un gene reporter agendo attraverso promotori progettati per contengono RE appropriate. Il sistema del modello di trascrizione qui presentato per l'uomo P53 è caratterizzato da tre variabili principali i cui effetti possono essere modulati: 1) la modalità di espressione e il tipo di P53, 2) la sequenza RE che controlla la trascrizione dipendente da P53 e 3) il tipo di gene reporter (Figura 1A).
Per quanto riguarda la modalità di espressione P53, S. cerevisiae permette la scelta di promotori inducibili, repressivi o imtenziari9,10,11. In particolare, il promotore inducibile GAL1 consente basale (utilizzando raffinose come fonte di carbonio) o variabile (cambiando la quantità di galactose nei media) espressione di un TF in lievito. Infatti, l'espressione finemente regolabile rappresenta uno sviluppo critico per lo studio non solo della P53 stessa, ma anche di altre proteine familiari P5312,13.
Per quanto riguarda il tipo di RE che controlla noto all'espressione dipendente da P53, S. cerevisiae consente la costruzione di diversi ceppi di reporter in possesso di differenze uniche nella RE di interesse in un contesto altrimenti isogenico. Questo obiettivo è raggiunto utilizzando l'adattamento di un approccio di editing del genoma particolarmente versatile sviluppato in S. cerevisiae, chiamato delitto12,14,15,16.
Inoltre, diversi geni reporter (ad esempio URA3, HIS3 e ADE2) possono essere utilizzati per valutare qualitativamente e quantitativamente le attività trascrizionali dei TF umani in S. cerevisiae, ciascuno con caratteristiche specifiche che possono essere su misura per le esigenze sperimentali17,18,19,20,21. L'espressione di questi geni reporter conferisce uracil, istidina e prototrofia adenina, rispettivamente. Il reporter URA3 non consente la crescita delle cellule in presenza di 5-FOA pure, e quindi può essere controselezionato. Il sistema di reporter ADE2 ha il vantaggio che, oltre alla selezione nutrizionale, consente l'identificazione di cellule di lievito che esprimono di tipo selvaggio (cioè, funzionale su espressione ADE2) o mutanti (cioè,non funzionali su ADE2 ) P53 dal colore della colonia.
Ad esempio, le cellule di lievito che esprimono il gene ADE2 generano colonie bianche di dimensioni normali su lastre contenenti quantità limitanti di adenina (2,5-5,0 mg/L), mentre quelle che non si trascrivono male o non la trascrivono appaiono sulla stessa piastra del rosso più piccolo (o rosa) Colonie. Ciò è dovuto all'accumulo di un intermedio nel percorso biosintetico adenino (ad esempio, P-ribosylamino-imidazole, precedentemente chiamato ribotide amino-imidazole o AIR), che viene convertito per formare un pigmento rosso. Da allora il gene qualitativo del reporter ADE2 basato sul colore è stato sostituito dal quantitativo Firefly Photinus pyralis (LUC1)12,22. Più di recente, il reporter di ADE2 è stato combinato con il reporter lacz in un'analisi del doppio reporter facile da segnare, semi-quantitativa, che può essere sfruttata per sottoclassificare i mutanti P53 in base al loro livello residuo di funzionalità 23.
Reporter fluorescenti come EGFP (proteina fluorescente verde avanzata) o DsRed (Discosoma sp. proteina fluorescente rossa) sono stati utilizzati anche per la valutazione quantitativa dell'attività di trasattivazione associata a tutte le possibili mutazioni di Sequenza di codifica TP5324. Infine, la possibilità di combinare promotori regolabili per l'espressione allele P53 con ceppi di lievito isogenici diversi per il gene RE e/o reporter ha portato allo sviluppo di una matrice di dati che genera una classificazione raffinata di lieviti associati al cancro e germinale mutante P53 alleli25,26,27.
Gli approcci sopra descritti sono utilizzati per misurare l'attività trascrizionale della proteina P53. Tuttavia, l'espressione di P53 di tipo selvaggio nel lievito S. cerevisiae28 e Schizosaccharomyces pombe29 può causare ritardo della crescita, che è stato associato con l'arresto del ciclo cellulare28,30 o morte cellulare31. In entrambi i casi, l'inibizione della crescita del lievito è innescata da un'elevata espressione P53 ed è stata correlata con la potenziale modulazione trascrizionale dei geni del lievito endogeno coinvolti nella crescita cellulare. A sostegno di questa ipotesi, il mutante P53 R273H della perdita di funzione non ha interferito con la crescita delle cellule di lievito quando espresso a livelli simili a P5332di tipo selvaggio. Al contrario, l'espressione nel lievito del mutante tossico P53 V122A (noto per una maggiore attività trascrizionale rispetto al selvaggio P53) ha causato un effetto inibitorio della crescita più forte rispetto al tipo selvaggio P5332.
Inoltre, è stato dimostrato che l'MDM2 umano è stato in grado di inibire l'attività trascrizionale umana P53 nel lievito, promuovendone l'ubiquitinazione e la conseguente degradazione33. Di conseguenza, la capacità dell'uomo MDM2 e MDMX di inibire l'inibizione della crescita del lievito indotta da P53 è stata dimostrata32,34. In uno studio aggiuntivo, è stata stabilita una correlazione tra l'attività trascrizionale P53 e i livelli di espressione dell'actina, con l'identificazione di un putativo P53 RE a monte sul gene ACT1 nel lievito32. Coerentemente, l'espressione di actin è stata potenziata da P53 wild-tipo e ancora di più da P53 V122A, ma non dal mutante P53 R273H. Al contrario, l'espressione di actina da P53 è diminuita nella co-presenza di inibitori P53 MDM2, MDMX, o pifithrin- s (un inibitore di piccole molecole dell'attività trascrizionale P53), coerente con i risultati basati sul saggio di crescita del lievito. È importante sottolineare che questi risultati hanno stabilito una correlazione tra l'inibizione della crescita indotta da P53 e il grado della sua attività nel lievito, che è stato sfruttato anche per identificare e studiare piccole molecole che modulano le funzioni P5328,34 , 35.