Введение

Семья факторов транскрипции E2F – это группа генов, кодирующих семейство факторов транскрипции (ФТ) у высших эукариотов. Три из них являются активаторами: E2F1, E2F2 и E2F3a. Шесть других действуют как репрессоры: E2F3b, E2F4 и E2F8. Все они участвуют в регуляции клеточного цикла и синтезе ДНК в клетках млекопитающих. Факторы E2F, как ФТ, связываются с консенсусным участком связывания TTTCCCGC (или его незначительными вариациями) в целевой промоторной последовательности.

Структура

Рентгеноструктурный анализ показал, что семейство факторов транскрипции E2F имеет структуру, сходную со структурой крылатого геликсного мотива связывания ДНК.

Роль в клеточном цикле

Члены семейства E2F играют ключевую роль в переходе G1/S в клеточном цикле млекопитающих и растений (см. путь клеточного цикла KEGG). Анализ микромассивов ДНК выявляет уникальные наборы целевых промоторов среди членов семейства E2F, что позволяет предположить, что каждый белок выполняет уникальную функцию в клеточном цикле. К транскрипционным мишеням E2F относятся циклины, CDK, регуляторы контрольных точек, белки, участвующие в репарации и репликации ДНК. Тем не менее, существует значительная избыточность функций среди членов семейства. Эмбрионы мышей, у которых отсутствуют E2F1, E2F2 и одна из изоформ E2F3, могут нормально развиваться при экспрессии E2F3a или E2F3b. Семейство E2F обычно разделяют по функциям на две группы: активаторы транскрипции и репрессоры. Активаторы, такие как E2F1, E2F2, E2F3a, стимулируют и способствуют протеканию клеточного цикла, в то время как репрессоры ингибируют клеточный цикл. Однако оба набора E2F имеют схожие домены. E2F1-6 содержат домен гетеродимеризации DP1,2, который позволяет им связываться с белками DP1 или DP2, отдаленно родственными E2F. Связывание с DP1,2 обеспечивает второй сайт связывания ДНК, повышая стабильность связывания E2F. Большинство E2F имеют домен связывания с карманными белками. Карманные белки, такие как pRB и связанные с ними белки p107 и p130, могут связываться с E2F в гипофосфорилированном состоянии. У активаторов связывание E2F с pRB маскирует домен трансактивации, ответственный за активацию транскрипции. У репрессоров E2F4 и E2F5 связывание с карманным белком (чаще с p107 и p130, чем с pRB) опосредует рекрутирование репрессивных комплексов для подавления экспрессии целевых генов. E2F6, E2F7 и E2F8 не имеют сайтов связывания с карманными белками, и механизм их подавления генов неясен. Cdk4(6)/циклин D и cdk2/циклин E фосфорилируют pRB и связанные с ним карманные белки, позволяя им диссоциировать от E2F. Активаторные белки E2F затем могут транскрибировать гены, стимулирующие S-фазу. В клетках REF52 сверхэкспрессия активатора E2F1 способна перевести покоящиеся клетки в S-фазу. Репрессоры E2F4 и 5 не влияют на пролиферацию клеток, но вызывают арест в G1-фазе.

Комплексы E2F/pRb

Туморосупрессорный белок Rb (pRb) связывается с транскрипционным фактором E2F1, предотвращая его взаимодействие с транскрипционным аппаратом клетки. В отсутствие pRb, E2F1 (вместе со своим связывающим партнером DP1) опосредует трансактивацию генов-мишеней E2F1, которые способствуют переходу из фазы G1 в фазу S и прогрессированию фазы S. E2F нацелен на гены, кодирующие белки, участвующие в репликации ДНК (например, ДНК-полимеразу, тимидинкиназу, дигидрофолатредуктазу и cdc6), а также в репликацию хромосом (белок, связывающий начало репликации HsOrc1 и MCM5). Когда клетки не пролиферируют, участки связывания ДНК E2F способствуют транскрипционной репрессии. Эксперименты по определению отпечатков ДНК in vivo, проведенные на промоторах Cdc2 и B myb, показали занятие E2F участками связывания ДНК в фазах G0 и ранней G1, когда E2F входит в транскрипционно-репрессивные комплексы с карманными белками. pRb является одной из мишеней онкогенного белка вируса папилломы человека E7 и белка аденовируса человека E1A. Связываясь с pRb, они блокируют регуляцию транскрипционных факторов E2F и стимулируют клеточный цикл для обеспечения репликации генома вируса.

Активаторы: E2F1, E2F2, E2F3a

Активаторы максимально экспрессируются в поздней фазе G1 и обнаруживаются в ассоциации с промоторами, регулируемыми E2F, во время перехода G1/S. Активация генов E2F 3a происходит после стимуляции факторами роста и последующего фосфорилирования белка ретинобластомы, ингибитора E2F, pRB. Фосфорилирование pRB инициируется комплексом циклина D/cdk4, cdk6 и продолжается комплексом циклина E/cdk2. Сам комплекс циклина D/cdk4,6 активируется сигнальным путем MAPK. При связывании с E2F 3a, pRb может непосредственно подавлять гены-мишени E2F 3a, рекрутируя к промотору комплексы ремоделирования хроматина и ферменты, модифицирующие гистоны (например, гистон-дезацетилазу, HDAC).

Ингибиторы: E2F3b, E2F4, E2F5, E2F6, E2F7, E2F8

E2F3b, E2F4, E2F5 экспрессируются в покоящихся клетках и могут быть обнаружены в ассоциации с E2F-связывающими элементами на целевых промоторах E2F во время фазы G0. E2F4 и E2F5 преимущественно связываются с p107/p130. E2F6 действует как транскрипционный репрессор, но посредством отличного от карманных белков механизма. E2F6 опосредует репрессию посредством прямого связывания с белками поликомбной группы или через образование крупного мультимерического комплекса, содержащего белки Mga и Max. Репрессорные гены E2F7/E2F8, расположенные на 7-й хромосоме, являются факторами транскрипции, отвечающими за регуляцию клеточного цикла, кодирующую белки. Вместе они необходимы для развития целостной, организованной и функциональной структуры плаценты в процессе эмбрионального развития. Хотя специфические молекулярные пути остаются неизвестными, исследователи использовали мышей с кре-линиями, специфичными для плаценты и зародышевых тканей, чтобы определить функции синергических генов E2F7 и E2F8. Мыши с нокаутом по генам E2F7 и E2F8 демонстрируют аномальную пролиферацию трофобластов, сопровождающуюся усиленным клеточным апоптозом. Фенотипически плацента характеризуется нарушениями в клеточной архитектуре, включая крупные скопления недифференцированных трофобластных клеток, не способных к инвазии в материнскую децидуальную оболочку. Белки E2F7 и E2F8 могут функционировать как репрессоры независимо от взаимодействия с DP. Они уникальны наличием дублированного консервативного домена связывания с ДНК, подобного E2F, и отсутствием димеризационного домена DP1,2. Они также, по-видимому, играют роль в ангиогенезе посредством активации сосудистого эндотелиального фактора роста A. При использовании рыбок-зебр были обнаружены серьезные сосудистые дефекты головы и соматических сосудов при истощении E2F7 и E2F8. Транскрипционная программа, антагонизированная E2F3a, была обнаружена и функционирует посредством координации нескольких генов семейства E2F для обеспечения правильного развития плаценты.