TRIM28 ja KRAB-ZNF- proteiiniperheestä (2013)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3731817/
Tämä on repressoriperhe, tukahduttaa,  estää aktivoitumista   kohdegeeniä paketoimalla sen kompaktiksi ja metyloituneeksi pysyvästi.

Artikkeliin liittyy valaiseva kuvakin.

Published online 2013 Jun. doi:  10.2174/13892029113149990002

PMCID: PMC3731817

KRAB-Zinc Finger Proteins: A Repressor Family Displaying Multiple Biological Functions

Angelo Lupo,^1,2 Elena Cesaro,¹ Giorgia Montano,¹ Diana Zurlo,² Paola Izzo,¹ and Paola Costanzo1

 Tiivistelmästä 

Sinkkisormiproteiineissa  on  näitä Krüppel-assosioituneita KRAB-ZFP- rakenteisia ja ne ovat suurin  yksittäinen transkriptiorepressoriperhe ja niitä koodaa  korkeampien evolutionaalisten organismien  genomit, kuten ihmisen genomi. 

KRAB-domaani sijaitsee proteiinin N-terminaalissa ja se rekrytoi  transkriptiotekijöitä, jotka voivat tukahduttaa , repressoida,  geeni-ilmenemää, niissä geeneissä joihin KRAB-ZNF sitoutuu. Asian relevanssi käy ilmi siitä, että ihmisgenomissa on runsaasti KRAB-sinkkisormiproteiineja. On lisääntyvää näyttöä siitä, että KRAB-ZNF-proteiinien välittämä  transskriptionaalinen  repressio linkkiytyy  useisiin prosesseihin kuten  solun proliferoitumisen, erilaistumiseen, apoptoosiin ja syöpään. Niiden  selkärankaisspesifisyys viittaa niiden  äskettäiseen evoluutioon ja  niiden  osallistumiseen jollain tavalla selkärankaisten kehittymiseen.

• Abstract

• Zinc finger proteins containing the Kruppel associated box (KRAB-ZFPs) constitute the largest individual family of transcriptional repressors encoded by the genomes of higher organisms. KRAB domain, positioned at the NH2 terminus of the KRAB-ZFPs, interacts with a scaffold protein, KAP-1, which is able to recruit various transcriptional factors causing repression of genes to which KRAB ZFPs bind. The relevance of such repression is reflected in the large number of the KRAB zinc finger protein genes in the human genome. However, in spite of their numerical abundance little is currently known about the gene targets and the physiological functions of KRAB- ZFPs. However, emerging evidence links the transcriptional repression mediated by the KRAB-ZFPs to cell proliferation, differentiation, apoptosis and cancer. Moreover, the fact that KRAB containing proteins are vertebrate-specific suggests that they have evolved recently, and that their key roles lie in some aspects of vertebrate development.
• https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTP-kpn21fWcjGhTQF63IzuXdfg0LAoJSxVbnL7aSiioP_BV_shQQ
• 

 Tässä allaoelvassa  katsauksessa tutkijat keskustelevät lyhyesti KRAB-ZNF-proteiinien säätelyfunktioista erilaisissa fysiologisissa ja patologisissa tiloissa ja valaisevat täten  niiden biologista roolia. 

Avainsanoja ovat: 

Apoptoosi, ohjelmoitunut solukuolema

Evoluutio, lajikehitys

KAP-1,  KRAB-ZNF-assosioitunut proteiini1 (TRIM28) 

KAP-1 korepressori 

Metabolism, aineenvaihdunta  

Transcriptional repression,  geenitranskription  tukahduttaminen

Zinc finger, sinkkisormi

•  In this review, we will briefly discuss some regulatory functions of the KRAB-ZFPs in different physiological and pathological states, thus contributing to better understand their biological roles.Keywords: Apoptosis, Evolution, KAP-1 corepressor, KRAB domain, Metabolism, Transcriptional repression, Zinc finger.

JOHDANNOSSA on myös paljon valaisevaa:

 Eukaryoottisen solun transkriptio on äärimmäisen monimutkainen prosessi ja siihen osallistuu suuri joukko transkriptiotekijöitä (TF) ja myötävaikuttajia, kanssavaikuttajia, kofaktoreita, jotka säätelevät  transkription aloituskompleksien kokoontumaa ja  sen  tahdin, jolla  transkriptio  pannaan alkuun. Sen lisäksi monipuolinen entsyymijoukko moduloi kromatiinistruktuuria vaihtelemalla DNA:n metylaatiota, histonin modifikaatioita  ja nukleosomin paikallista asettumaa.

• Transcriptional control in eukaryotic cells is an extremely complex process involving a large number of transcription factors (TFs) and cofactors that regulate the assembly of transcription-initiation complexes and the rate at which transcription is initiated. Additionally, a variety of enzymes modulate chromatin structure via changes in DNA methylation, histone modifications and nucleosome positioning.

Transkriptiotekijöiden  toimimisessa on välttämättömänä piirteenä   spesifistä DNA-kohtaa sitova motiivi,  joka kiihdyttää  transkriptiotekijöitä sitoutumaan  kohdegeenin promoottoriin. Transkriptionaalisten tekijöiden ja  niiden DNA-sitoutumiskohtien väliset interaktiot   ovat osa geenisäätelyverkostoa, joka kontrolloi kehittymistä,  keskeisimipiä soluprosesseja ja  vasteita miljööperäisille häiriöille.

• An essential feature in the functioning of TFs is the presence of specific DNA-binding motifs that facilitate the binding of TFs to the promoters of target genes. The interactions between TFs and their DNA-binding sites are part of the gene regulatory networks that control development, core cellular processes and responses to environmental perturbations.

Yksi kaikkein  runsaimmin esiintyvistä DNA:ta sitovista motiiveista on sinkkisormi  (ZF,  zinc finger) . On tunnistettu ja karakterisoitu   useita ZF-luokkia niiden sinkkiä kelatoivan luonteen ja avaruudellisen sijoittumisen suhteen. Kanonin ZF-motiivi, C2H2 ( nimetty Krüppelin kaltaiseksi motiiviksi), on jonikoordinaatio  neljään hyvin konservatiiviseen aminohappoon, kahteen cysteiiniin (C) ja kahteen histiidiiniin(H). Hyvin stabiilisti laskostunut rakenne käsittää 2-3- beta säiettä  ja yhden alfahelixin. Alfahelix välittää DNA-sitoutumisen kolmen aminohapponsa  ja  DNA-uurteen kolmen lähi-emäksen  ei-kovalentilla  interaktiolla.

• One of the most abundant DNA-binding motifs in eukaryotic TFs is the zinc finger (ZF). Different classes of zinc finger domains have been identified and characterized according to the nature and spacing of their zinc-chelating residues [1]. The canonical ZF motif, C2H2 (also referred to as Kruppel-like), comprises 28 to 30 amino acid residues and its structure is stabilized by a zinc ion coordinated by four highly conserved residues, two cysteines and two histidines [2]. The stably folded structure consists of two to three beta strands and one alpha helix. The alpha helix mediates DNA binding through non-covalent interactions between three of its amino acid residues and three adjacent bases within the DNA major groove [3].

 C2H2 sinkkisormiproteiineissa on  ZF- motiiveja yhdestä yli kolmeenkymmeneenkin ja ne edustavat  imettäväisten suurinta säätelyproteiinien perhettä. Ne osallistuvat transkription säätelyyn sitoutumalla sekvenssispesifisellä  DNA:ta sitovalla  motiivillaan   geenien promoottorialueisiin. Faktaa on, että  C2H2- sinkkisormiproteiineja koodavia geenejä  ja olfaktorisia reseptorigeenejä on  yli 2% ihmisen genomista.

• C2H2 zinc finger proteins contain from 1 to more than 30 ZF motifs and represent the largest family of regulatory proteins in mammals, involved in transcriptional regulation through the binding of their sequence-specific DNA binding motifs to the promoter regions of the genes. In fact, genes encoding C2H2 zinc finger proteins, together with olfactory receptor genes, represent more than 2% of the human genome [4, 5].

 Sormidomeeni(finger domain)  aminohappojärjestyksen ja  välimatkojen vaihtelut sekä sinkkisormien lukumäärän ja  järjestäytyneisyyden  vaihtelut voivat lisätä näiden proteiinien kykyä sitoa runsaasti erilaisia ligandeja kuten RNA:ta, DNA-RNA-hybridejä jopa proteiinejakin,  mistä saa käsitystä tämän proteiiniperheen hunktionaalisesta  monipuolisuudesta.

•  However, variations in the amino acid sequence of the finger domains and spacing, as well as in zinc finger number and higher-order structure, may increase the ability of these proteins to bind multiple different ligands such as RNA, DNA-RNA hybrids and even proteins, thus highlighting the structural and functional versatility of this protein family [6, 7].

DNA:han sitoutumisen lisäksi   C2H2-sinkkisormiproteiinit  voivat sitoutua RNA:han, mikä luo uuden geenisäätötason  yhdistämällä transkriptionaalisia ja post-transkriptionaalisia prosesseja . 

•  Moreover, as well as binding to DNA, a number of C2H2 zinc finger proteins can also bind to RNA, thereby creating an additional level of gene regulation by connecting transcriptional and post-transcriptional regulatory processes [8, 9].

C2H2-sinkkisormiproteiineilla on näiden lukuisten multifunktionaalisten ZF-domeeniensa lisäksi muita konservoituneita domeeneja, jotka osaltaan vaikuttavat proteiinifunktioihin. Näihin kuuluu 

BTB/POZ domeeni (Broad-Complex, Tramtrack, and Bric-a-brac/poxvirus and zinc finger)

SCAN-domeeni ( (SRE-ZBP, CTfin51, AW-1 and Number18 cDNA)

KRAB-domeeni (Kruppel-Associated Box) (Tähän TRIM28 rekrytoituu!)

• In addition to containing variable numbers of multifunctional ZF domains, most C2H2 zinc finger proteins contain other conserved domains that contribute to the protein functions. These include the BTB/POZ domain (Broad-Complex, Tramtrack, and Bric-a-brac/poxvirus and zinc finger), the SCAN domain ((SRE-ZBP, CTfin51, AW-1 and Number18 cDNA) and the KRAB domain (Kruppel-Associated Box) [10-12].

KRAB-domeeni on  vahva transkriptionaalinen repressiomoduli ja se sijaitsee C2H2-sinkkisormiproteiinien aminoterminaalisessa sekvenssissä (N-terminaalissa). Se sitooo  korepressorin  ja /tai  transkriptiofaktoreita  proteiini-proteiini-interaktioilla ja niitten myötävaikutuksella se voi vaikuttaa niissä geeneissä, joihin se on sitoutunut,  transkriptionaalisen  vaimentamisen eli   repression. 

• The KRAB domain is a potent transcriptional repression module and is located in the amino-terminal sequence of most C2H2 zinc finger proteins [13, 14]. It binds to corepressor proteins and/or transcription factors via protein-protein interactions, causing transcriptional repression of genes to which KRAB zinc finger proteins (KRAB-ZFPs) bind [15]. 

 Ihmisellä KRB-ZPF-proteiinit  edustavat lähes kolmatta osaa  kaikista  noin 800 erilaisesta sinkkisormiproteiinista (ZF) ja  muodostaa yhden laajimmista transkriptionaalisista säätelijöistä. Todellakin  KRAB-domeenin läsnäolosta johtuen (koska  se on  vahva transkriptionaalinen repressiodomeeni) , useimmillä KRAB-ZFP-perheen jäsenillä on  omaa tehtävää alkion kehityksen säätelyssä, solun erilaistumisessa, solun proliferaatiossa, apoptoosissa, neoplastisessa transformaatiossa ja solusyklin säätelyssä.

• In humans, KRAB-ZPFs represent approximately one third of about 800 different zinc finger proteins and constitute one of the largest family of transcriptional regulators. In fact, due to the presence of the KRAB domain, a powerful transcriptional repressor domain, most members of the KRAB-ZFPs family have a role in regulating embryonic development, cell differentiation, cell proliferation, apoptosis, neoplastic transformation and cell cycle regulation [16]. 

 On  essentiaalisesti kolme päätietä joiden kautta  repressoriproteiinit voivat säätää spesifisiä geenejä alas: 

(1)  perustranskriptiokoneiston estäminen eli inhibitio

(2)  aktivaattorifunktion poisto, ablaatio

(3) kromatiinin uudelleen muokkaus, kromatiinin muuttaminen kompaktiksi

 Kaksi ensimmäista mekanismia   johtuvat  repressorin suorasta kontaktista RNApolymeraasiin tai  perustranskriptiokompleksin johonkin komponenttiin  tai vastaavasti aktivaattoriin.Näitä repressiomekanismeja on tutkittu kauan aikaa prokaryooteilla. Kolmas mekanismi on äskettäin löytynyt ja se vaatii lisäproteiineja, jotka vaikuttavat kromosomaaliseen rakenteeseen. Sellaisista proteiineista on KRAB-ZFP on edustava esimerkki. Se saa hankittua geenispesifisen transkriptionaalisen repressiokykynsä tekemällä interaktion kromatiinia uudelleen muokkaaviin tekijöihin. Tässä katsauksessa  koetetaan kuvata  muutamien  KRAB-ZNF-proteiinien  rakenteita ja niitten  funktionaalisia piirteitä.

• There are essentially three major ways through which repressor proteins can down-regulate specific genes: inhibition of the basal transcription machinery, ablation of activator function and remodelling/compaction of chromatin. The first two mechanisms result from the repressor’s direct contact with RNA polymerase or a component of the basal transcription complex and activator, respectively; these repression mechanisms have long been studied in prokaryotes. The third mechanism was discovered more recently and requires the presence of additional proteins that affect chromosomal structure [17].
•  KRAB-ZFPs represent such an example of repressor proteins that obtain gene-specific transcriptional repression by interacting with chromatin-remodelling factors. In this review, we will attempt to describe the structural and functional features of some KRAB-ZFPs and in doing so, we will focus on the multiple functions that these proteins have.

Artikkelin ensimmäinen kuva osoittaa tekijän KAP-1 ja se on TRIM 28.
Siis KRAB-ZNF rekrytoi TRIM28 ja TRIM rekrytoi sitten  mm. deasetylaasia( Ac-ryhmän poistajaa)  ja  metyylin siirtäjää.

Fig. (1A)

Zinc finger-mediated binding of a typical KRAB-ZFP to the promoter target gene. (B) Recruitment to chromatin of co-regulators and ATP-dependent activities that modify chromatin (PRMTs,HDACs, SETDB1, NuRD) mediated by KRAB/KAP-1 complex.

Muistiin  olennaisesta KRAB-domeenista 7.2. 2018  klo 13:56.

Tätä alla olevaa  en suomenna nyt , koska   tehtäväni on nyt vain kartoitella TRIM järjestelmää, jossa TRIM28 on vain yksi TRIM trimmuniteetissa ja ne varmaan toimivat tiimissä.

Pahojakin kuuluu tästä KAP-1 /KRAB proteiinikompeleksista.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25421577 

Abstract

KAP1 (TRIM28) is a transcriptional regulator in embryonic development that controls stem cell self-renewal, chromatin organization, and the DNA damage response, acting as an essential corepressor for KRAB family zinc finger proteins (KRAB-ZNF).

 To gain insight into the function of this large gene family, we developed an antibody that recognizes the conserved zinc fingers linker region (ZnFL) in multiple KRAB-ZNF. Here, we report that the expression of many KRAB-ZNF along with active SUMOlyated KAP1 is elevated widely in human breast cancers.

KAP1 silencing in breast cancer cells reduced proliferation and inhibited the growth and metastasis of tumor xenografts. Conversely, KAP1 overexpression stimulated cell proliferation and tumor growth.
 In cells where KAP1 was silenced,
 we identified multiple downregulated genes linked to tumor progression and metastasis, including EREG/epiregulin, PTGS2/COX2, MMP1, MMP2, and CD44, along with downregulation of multiple KRAB-ZNF proteins. KAP1-dependent stabilization of KRAB-ZNF required direct interactions with KAP1. Together, our results show that KAP1-mediated stimulation of multiple KRAB-ZNF contributes to the growth and metastasis of breast cancer.