Khởi đầu của quá trình nhân bản DNA phụ thuộc vào nguồn gốc virus polyoma thông qua sự kích hoạt của STAT5 bởi yếu tố kích thích đại thực bào - bạch cầu trung tính của người

Blood - Tập 97 - Trang 1266-1273 - 2001
Sumiko Watanabe1, Rong Zeng1, Yutaka Aoki1, Tohru Itoh1, Ken-ichi Arai1
1Department of Molecular and Developmental Biology, Institute of Medical Science, Core Research for Evolutional Science and Technology, Tokyo, Japan

Tóm tắt

Nhiều bằng chứng cho thấy rằng sự kích hoạt phiên mã liên quan đến việc khởi đầu quá trình nhân bản DNA, nhưng bản chất của sự khởi đầu nhân bản DNA trong tế bào động vật có vú vẫn chưa rõ ràng. Replicon virus polyoma là một hệ thống lý tưởng để phân tích sự khởi đầu của quá trình nhân bản DNA trong các tế bào chuột vì quá trình nhân bản này yêu cầu một bộ tăng cường, và tất cả các thành phần của máy móc nhân bản, ngoại trừ helicase DNA lớn T antigen, đều được cung cấp bởi tế bào chủ. Hệ thống này được sử dụng để kiểm tra vai trò của truyền dẫn tín hiệu và kích hoạt phiên mã (STAT5) trong việc khởi đầu nhân bản của replicon polyoma trong dòng tế bào lympho chuột BA/F3. Plasmid có các lặp lại liền kề của các vị trí liên kết STAT5 đồng thuận, tiếp theo là nguồn gốc nhân bản polyoma, đã được nhân bản bằng cách kích thích với yếu tố kích thích đại thực bào - bạch cầu trung tính của người (hGM-CSF) trong sự hiện diện của antigen lớn T polyoma trong tế bào BA/F3. Phân tích đột biến của tiểu đơn vị β của thụ thể hGM-CSF cho thấy chỉ có vùng box1 là thiết yếu, và các dư lượng tyrosine ở đầu C là không cần thiết cho hoạt động. Việc thêm chất ức chế kinase tyrosine genistein đã làm giảm quá trình nhân bản này mà không ảnh hưởng đến việc kích hoạt phiên mã của STAT5. Bởi vì phân tích xóa của STAT5 chỉ ra tầm quan trọng của miền kích hoạt phiên mã ở đầu C của STAT5 cho việc khởi đầu nhân bản, vai trò của vùng này trong việc kích hoạt quá trình nhân bản đã được kiểm tra với một protein kết hợp GAL4–STAT5. GAL4–STAT5 đã kích hoạt quá trình nhân bản của plasmid chứa các lặp lại liền kề của các vị trí liên kết GAL4 và nguồn gốc nhân bản polyoma trong tế bào BA/F3. Phân tích đột biến của GAL4–STAT5 cho thấy rằng nhiều dư lượng serine phối hợp có vai trò trong việc kích hoạt quá trình nhân bản. Đây là bằng chứng trực tiếp đầu tiên chỉ ra sự tham gia tiềm năng của STAT5 trong quá trình nhân bản.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Ihle, 1995, Jaks and stats in signaling by the cytokine receptor superfamily., Trends Genet., 11, 69, 10.1016/S0168-9525(00)89000-9 Ihle, 1996, STATs: Signal transducers and activators of transcription., Cell., 84, 331, 10.1016/S0092-8674(00)81277-5 O'Shea, 1997, Jaks, STATs, cytokine signal transduction, and immunoregulation: are we there yet?, Immunity., 7, 1, 10.1016/S1074-7613(00)80505-1 Chung, 1997, STAT3 serine phosphorylation by Erk-dependent and -independent pathways negatively modulates its tyrosine phosphorylation., Mol Cell Biol., 17, 6508, 10.1128/MCB.17.11.6508 Darnell, 1997, STATs and gene regulation., Science., 277, 1630, 10.1126/science.277.5332.1630 Akira, 1994, Molecular cloning of APRF, a novel ISGF3 p91-related transcription factor involved in the gp 130-mediated signaling pathway., Cell., 77, 63, 10.1016/0092-8674(94)90235-6 Zhong, 1994, Stat3: a STAT family member activated by tyrosine phosphorylation in response to epidermal growth factor and interleukin-6., Science., 264, 95, 10.1126/science.8140422 Wakao, 1994, Mammary gland factor (MGF) is a novel member of the cytokine regulated transcription factor gene family and confers the prolactin response., EMBO J., 13, 2182, 10.1002/j.1460-2075.1994.tb06495.x Meraz, 1996, Targeted disruption of the Stat1 gene in mice reveals unexpected physiologic specificity in the Jak-Stat signaling pathway., Cell., 84, 431, 10.1016/S0092-8674(00)81288-X Durbin, 1996, Targeted disruption of the mouse Stat1 gene results in compromised innate immunity to viral disease., Cell., 84, 443, 10.1016/S0092-8674(00)81289-1 Kaplan, 1996, Impaired IL-12 responses and enhanced development of Th2 cells in Stat4-deficient mice., Nature., 382, 174, 10.1038/382174a0 Thierfelder, 1996, Requirement for Stat4 in interleukin-12 mediated responses of natural killer and T cells., Nature., 382, 171, 10.1038/382171a0 Kaplan, 1996, Stat6 is required for mediating responses to IL-4 and for the development of Th2 cells., Immunity., 4, 313, 10.1016/S1074-7613(00)80439-2 Takeda, 1996, Essential role of Stat6 in IL-4 signalling., Nature., 380, 627, 10.1038/380627a0 Shimoda, 1996, Lack of IL-4-induced Th2 response and IgE class switching in mice with disrupted Stat6 gene., Nature., 380, 630, 10.1038/380630a0 Arai, 1990, Cytokines: coordinators of immune and inflammatory responses., Annu Rev Biochem., 59, 783, 10.1146/annurev.bi.59.070190.004031 Miyajima, 1993, Receptors for granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, interleukin-3, and interleukin-5., Blood., 82, 1960, 10.1182/blood.V82.7.1960.1960 Watanabe, 1993, Reconstituted human granulocyte-macrophage colony-stimulating factor receptor transduces growth-promoting signals in mouse NIH 3T3 cells: comparison with signalling in BA/F3 pro-B cells., Mol Cell Biol., 13, 1440, 10.1128/MCB.13.3.1440 Hayashida, 1990, Molecular cloning of a second subunit of the human GM-CSF receptor: reconstitution of a high affinity GM-CSF receptor., Proc Natl Acad Sci U S A., 87, 9655, 10.1073/pnas.87.24.9655 Sakamaki, 1992, Critical cytoplasmic domains of the common β subunit of the human GM-CSF, IL-3 and IL-5 receptors for growth signal transduction and tyrosine phosphorylation., EMBO J., 11, 3541, 10.1002/j.1460-2075.1992.tb05437.x Itoh, 1996, Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor provokes Ras activation and transcription of c-fos through different modes of signaling., J Biol Chem., 271, 7587, 10.1074/jbc.271.13.7587 Itoh, 1998, Definition of the role of tyrosine residues of the common β subunit regulating multiple signaling pathways of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor receptor., Mol Cell Biol., 18, 742, 10.1128/MCB.18.2.742 Okuda, 1997, Signaling functions of the tyrosine residues in the βc chain of the granulocyte-macrophage colony-stimulating factor receptor., Blood., 90, 4759, 10.1182/blood.V90.12.4759 Watanabe, 1993, Differential regulation of early response genes and cell proliferation through the human granulocyte macrophage colony-stimulating factor receptor: selective activation of the c-fos promoter by genistein., Mol Biol Cell., 4, 983, 10.1091/mbc.4.10.983 Watanabe, 1995, Granulocyte macrophage colony stimulating factor dependent replication of Polyoma virus replicon in hematopoietic cells: analyses of receptor signals for replication and transcription., J Biol Chem., 270, 9615, 10.1074/jbc.270.16.9615 Watanabe, 1995, Characterization of cis-regulatory elements of the c-myc promoter responding to human GM-CSF or mouse interleukin 3 in mouse proB cell line BA/F3 cells expressing the human GM-CSF receptor., Mol Biol Cell., 6, 627, 10.1091/mbc.6.6.627 Liu, 1999, Constitutive activation of JAK2 confers mIL-3-independent survival and proliferation of BA/F3 cells., J Biol Chem., 274, 6342, 10.1074/jbc.274.10.6342 Brizzi, 1994, Convergence of signaling by interleukin-3, granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, and mast cell growth factor on JAK2 tyrosine kinase., J Biol Chem., 269, 31680, 10.1016/S0021-9258(18)31749-6 Quelle, 1994, JAK2 associates with the βc chain of the receptor for granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, and its activation requires the membrane-proximal region., Mol Cell Biol., 14, 4335, 10.1128/MCB.14.7.4335 Mui, 1995, Interleukin-3, granulocyte-macrophage colony stimulating factor and interleukin-5 transduce signals through two STAT5 homologs., EMBO J., 14, 1166, 10.1002/j.1460-2075.1995.tb07100.x Teglund, 1998, Stat5a and stat5b proteins have essential and nonessential, or redundant, roles in cytokine responses., Cell., 93, 841, 10.1016/S0092-8674(00)81444-0 Feldman, 1997, STAT5A-deficient mice demonstrate a defect in granulocyte-macrophage colony-stimulating factor-induced proliferation and gene expression., Blood., 90, 1768, 10.1182/blood.V90.5.1768 Klingmuller, 1997, Identification of a novel pathway important for proliferation and differentiation of primary erythroid progenitors., Proc Natl Acad Sci U S A., 94, 3016, 10.1073/pnas.94.7.3016 Quelle, 1996, Erythropoietin induces activation of Stat5 through association with specific tyrosines on the receptor that are not required for a mitogenic response., Mol Cell Biol., 16, 1622, 10.1128/MCB.16.4.1622 Mui, 1996, Suppression of interleukin-3-induced gene expression by a C-terminal truncated Stat5: role of Stat5 in proliferation., EMBO J., 15, 2425, 10.1002/j.1460-2075.1996.tb00600.x Kim, 1998, Protein tyrosine phosphatase 2 (SHP-2) moderates signaling by gp130 but is not required for the induction of acute-phase plasma protein genes in hepatic cells., Mol Cell Biol., 18, 1525, 10.1128/MCB.18.3.1525 Trukson, 1998, Stat3 activation by Src induces specific gene regulation and is required for cell transformation., Mol Cell Biol., 18, 2545, 10.1128/MCB.18.5.2545 De Villiers, 1984, Polyoma virus DNA replication requires an enhancer., Nature., 312, 242, 10.1038/312242a0 Guo, 1992, Specific transcription factors stimulate simian virus 40 and polyomavirus origins of DNA replication., Mol Cell Biol., 12, 2514, 10.1128/MCB.12.6.2514 Miyajima, 1987, Use of the silkworm, Bombyx mori, and an insect baculovirus vector for high-level expression and secretion of biologically active mouse interleukin-3., Gene., 58, 273, 10.1016/0378-1119(87)90382-9 Murakami, 1990, A tumor promoting phorbol ester, TPA, enhances polyomavirus DNA replication by activating the function of the viral enhancer., Oncogene., 5, 5 Murakami, 1991, The nuclear protooncogenes c-jun and c-fos as regulators of DNA replication., Proc Natl Acad Sci U S A., 88, 3947, 10.1073/pnas.88.9.3947 Ishikawa, 1993, Two novel functions associated with the Rel oncoproteins: DNA replication and cell-specific transcriptional activation., Oncogene., 8, 2889 Takebe, 1988, SR alpha promoter: an efficient and versatile mammalian cDNA expression system composed of the simian virus 40 early promoter and the R-U5 segment of human T-cell leukemia virus type 1 long terminal repeat., Mol Cell Biol., 8, 466, 10.1128/MCB.8.1.466 Hirt, 1967, Selective extraction of polyoma DNA from infected mouse cell cultures., J Mol Biol., 26, 365, 10.1016/0022-2836(67)90307-5 Reed, 1985, Rapid transfer of DNA from agarose gels to nylon membranes., Nucleic Acids Res., 13, 7207, 10.1093/nar/13.20.7207 Chen, 1998, The capacity of polyomavirus enhancer binding protein 2αB (AML1/Cbfa2) to stimulate polyomavirus DNA replication is related to its affinity for the nuclear matrix., Mol Cell Biol., 18, 4165, 10.1128/MCB.18.7.4165 Watanabe, 1996, JAK2 is essential for activation of c-fos and c-myc promoters and cell proliferation through the human granulocyte-macrophage colony-stimulating factor receptor in BA/F3 cells., J Biol Chem., 271, 12681, 10.1074/jbc.271.21.12681 Darnell, 1994, Jak-STAT pathways and transcriptional activation in response to IFNs and other extracellular signaling proteins., Science., 264, 1415, 10.1126/science.8197455 Baru, 1991, The yeast GAL4 protein transactivates the polyomavirus origin of DNA replication in mouse cells., J Virol., 65, 3496, 10.1128/JVI.65.7.3496-3503.1991 Moriggl, 1996, Deletion of the carboxyl-terminal transactivation domain of MGF-Stat5 results in sustained DNA binding and a dominant negative phenotype., Mol Cell Biol., 16, 5691, 10.1128/MCB.16.10.5691 Bennett-Cook, 1991, Activation of polyomavirus DNA replication by yeast GAL4 is dependent on its transcriptional activation domains., EMBO J., 10, 959, 10.1002/j.1460-2075.1991.tb08030.x Kanda, 1994, Stimulation of polyomavirus DNA replication by wild-type p53 through the DNA binding site., Mol Cell Biol., 14, 2651, 10.1128/MCB.14.4.2651 Dutta, 1993, Inhibition of DNA replication factor RPA by p53., Nature., 365, 79, 10.1038/365079a0 He, 1993, The transactivation proteins VP16 and GAL4 bind replication factor A., Cell., 73, 1223, 10.1016/0092-8674(93)90650-F Li, 1993, The acidic transcriptional activation domains of VP16 and p53 bind the cellular replication protein A and stimulate in vitro BPV-1 DNA replication., Cell., 73, 1207, 10.1016/0092-8674(93)90649-B Ito, 1996, c-Jun stimulates origin-dependent DNA unwinding by polyomavirus large T antigen., EMBO J., 15, 5636, 10.1002/j.1460-2075.1996.tb00948.x Wen, 1995, Maximal activation of transcription by Stat1 and Stat3 requires both tyrosine and serine phosphorylation., Cell., 82, 241, 10.1016/0092-8674(95)90311-9 Yamashita, 1998, Differential control of the phosphorylation state of proline-juxtaposed serine residues Ser725 of Stat5a and Ser730 of Stat5b in prolactin-sensitive cells., J Biol Chem., 273, 30218, 10.1074/jbc.273.46.30218 Utley, 1998, Transcriptional activators direct histone acetyltransferase complexes to nucleosomes., Nature., 394, 498, 10.1038/28886 Ye, 1999, Induction of germline transcription in the TCR gamma locus by Stat5: implications for accessibility control by the IL-7 receptor., Immunity., 11, 213, 10.1016/S1074-7613(00)80096-5 Mohi, 1998, Activation and functional analysis of Janus kinase 2 in BA/F3 cells using the coumermycin/Gyrase B system., Mol Biol Cell., 9, 3299, 10.1091/mbc.9.12.3299 Onishi, 1998, Identification and characterization of a constitutively-active STAT5 mutant that promotes cell proliferation., Mol Cell Biol., 18, 3871, 10.1128/MCB.18.7.3871