Al vier decennia lang wordt Specificity Protein 1 (Sp1) uitsluitend gebruikt als transcriptiefactor, een type eiwit dat DNA bindt en genen aanzet. Maar een onderzoek van het Donnelly Center heeft nu onthuld dat Sp1 een andere onverwachte rol speelt in genregulatie door de stabiliteit van de RNA-berichten van genen te beïnvloeden.

De bevinding is vooral belangrijk voor kankeronderzoek, omdat het het gevestigde denken over hoe Sp1 bijdraagt ​​​​aan de ziekte op zijn kop zet en nieuwe wegen opent voor de ontwikkeling van behandelingen.

"Het is al lang bekend dat Sp1 betrokken is bij kanker, maar men dacht dat dit kwam door het vermogen om DNA te binden en als een transcriptiefactor te fungeren, omdat iedereen daarvan op de hoogte was", zegt Jack Greenblatt, senior auteur van het artikel. paper en een professor in moleculaire genetica in het Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research, aan de U of T's Temerty Faculty of Medicine.

"We denken dat dit niet het antwoord is. We denken dat het kanker aantast door zijn vermogen om RNA te binden en transcriptiestabiliteit te reguleren", zegt Greenblatt, die ook universiteitshoogleraar is.

Het tijdschrift Molecular Cell de bevindingen gepubliceerd.

Het onderzoek werpt onverwacht nieuw licht op een van de meest bestudeerde menselijke eiwitten. Sp1 werd bijna 40 jaar geleden voor het eerst geïdentificeerd als een DNA-bindende transcriptionele activator en was de eerste menselijke transcriptionele regulator die werd gezuiverd, zei Greenblatt. "Het is een standaardonderwerp in studieboeken voor niet-gegradueerden," voegde hij eraan toe.

Sp1 regelt de activering van ongeveer 6.000 genen - ongeveer een derde van het menselijk genoom - die meestal nodig zijn voor cellulaire voeding.

En nu is er ook de RNA-bindende Sp1, die de scepter zwaait over een andere en meestal niet-overlappende groep van 2000 genen door de overvloed van hun mRNA-kopieën te beïnvloeden, volgens de studie.

Wanneer een gen wordt ingeschakeld, wordt de code ervan gekopieerd naar een boodschapper-RNA, of een transcript, dat dient als een sjabloon voor het bouwen van het gecodeerde eiwitmolecuul. Aan zijn staarteinde herbergt mRNA het niet-vertaalde gebied, of UTR, dat niet wordt vertaald in eiwit, maar dat een regulerende rol heeft en belangrijk is voor transcriptstabiliteit. Onderzoek heeft aangetoond dat transcripten met lange UTR-staarten vaak minder stabiel zijn en sneller worden afgebroken door cellulaire enzymen, terwijl kortstaartige UTR's beter beschermd zijn tegen afbraak.

"Het is hier, in de UTR, dat Sp1 zijn doel-mRNA's bindt", zegt Syed Nabeel-Shah, een Ph.D. kandidaat in het laboratorium en de co-eerste auteur van het onderzoek, samen met voormalig Greenblatt laboratorium postdoctoraal onderzoeker, Jingwen Song. Toen Nabeel-Shah en Song Sp1 uit cellen verwijderden, ontdekten ze dat dit leidde tot een toename van de UTR-lengte van bepaalde transcripten, wat aangeeft dat Sp1 werkt om kortere UTR-staarten op te leveren. Ze toonden verder aan dat UTR-trimming wordt bereikt door de RNA-splitsingsmachinerie, die het RNA afsnijdt in de buurt van waar Sp1 is gebonden.

Controle van de UTR-lengte is naar voren gekomen als een belangrijke laag van genregulatie. Dit geldt met name voor kankercellen, die in overvloed aanwezig zijn in kortstaartige transcripten. Hoe korter de UTR-staart, hoe stabieler het mRNA voor veel transcripten, wat meer eiwittemplates betekent - en uiteindelijk meer eiwitmoleculen die kunnen worden geproduceerd.

"Snelgroeiende cellen hebben bepaalde genen nodig die op hogere niveaus tot expressie worden gebracht," zei Greenblatt. "Het effect van kortere UTR's is vaak een hogere mRNA-concentratie en bijgevolg een hogere eiwitconcentratie."

Het bleef echter onduidelijk hoe het evenwicht scheef staat in de richting van kortere UTR's in kankercellen. Maar Greenblatt en Nabeel-Shah denken dat Sp1 een deel van de sleutel is.

Het is al lang bekend dat Sp1-niveaus verhoogd zijn bij veel soorten kanker, waaronder borstkanker, waarop Nabeel-Shah en Song hun analyse richtten. Ze verkregen RNA-sequencinggegevens uit de Cancer Genome Atlas van duizend borstkankerpatiënten. Ze ontdekten dat Sp1-niveaus correleren met de lengte en abundantie van de doeltranscriptstaart. Hoe meer Sp1 in een patiëntmonster, hoe korter de UTR's in hetzelfde monster en hoe hoger de mRNA-niveaus wanneer die UTR's door Sp1 worden gebonden. "Dit alles suggereert dat Sp1 kanker bevordert door zijn RNA-bindende rol," zei Nabeel-Shah.

De bevinding is in tegenstelling tot de gevestigde opvatting dat Sp1 bijdraagt ​​aan kanker door de expressie van zijn doelgenen als een DNA-bindend eiwit te stimuleren. Nabeel-Shah en Song vonden geen ondersteuning in de gegevens voor dit concept. Er was geen significante correlatie tussen Sp1-niveaus in borstkankercellen en de hoeveelheid mRNA die wordt getranscribeerd van de genen die het op DNA richt.

Hoewel ze alleen naar borstkanker keken, denken de onderzoekers dat Sp1 een vergelijkbare rol speelt bij andere soorten kanker, gezien het grote aantal mRNA's dat het reguleert.

De studie opent een nieuwe manier van denken, niet alleen over Sp1 en zijn rol bij kanker, maar ook over andere soortgelijke eiwitten. Sp1 behoort tot een familie van C2H2 zinkvingertranscriptiefactoren, die de grootste groep transcriptiefactoren bij mensen vormen. De meerderheid van de meer dan 700 leden blijft echter slecht verkend.

Het doel van het proefschrift van Nabeel-Shah is om te bepalen of veel andere C2H2-eiwitten ook RNA binden. Tot nu toe heeft hij 150 van deze eiwitten getest en ontdekt dat 145 zowel DNA als RNA binden, wat suggereert dat ook veel andere leden een dubbele rol kunnen spelen in genregulatie.

Sp1 was pas de eerste die werd ontdekt, net als vier decennia geleden. + Verder verkennen

Genexpressiemechanisme kan immuniteit hebben, implicaties voor kanker