Involvement of a specificity proteins-binding element in regulation of basal and estrogen-induced transcription activity of the BRCA1 gene

特异性蛋白结合元件参与调节 BRCA1 基因的基础和雌激素诱导的转录活性

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作者:Jennifer K Hockings, Stephanie C Degner, Sherif S Morgan, Michael Q Kemp, Donato F Romagnolo

Conclusion

These cumulative findings suggest that the proximal BRCA1 promoter segment comprises cis-acting elements that are targeted by Sp-binding and CRE-binding proteins that contribute to regulation of BRCA1 transcription.

Methods

Using transfection studies with wild-type and mutated BRCA1 promoter constructs, electromobility binding and shift assays, and DNA-protein interaction and chromatin immunoprecipitation assays, we investigated the role of Sp-binding sites and cAMP response element (CRE)-binding sites harbored in the proximal BRCA1 promoter.

Results

We report that in the BRCA1 promoter the AP-1 site is flanked upstream by an element (5'-GGGGCGGAA-3') that recruits Sp1, Sp3, and Sp4 factors, and downstream by a half CRE-binding motif (5'-CGTAA-3') that binds CRE-binding protein. In ER-alpha-positive MCF-7 cells and ER-alpha-negative Hela cells expressing exogenous ER-alpha, mutation of the Sp-binding site interfered with basal and estrogen-induced BRCA1 transcription. Conversely, mutation of the CRE-binding element reduced basal BRCA1 promoter activity but did not prevent estrogen activation. In combination with the AP-1/CRE sites, the Sp-binding domain enhanced the recruitment of nuclear proteins to the BRCA1 promoter. Finally, we report that the MEK1 (mitogen-activated protein kinase kinase-1) inhibitor PD98059 attenuated the recruitment of Sp1 and phosphorylated ER-alpha, respectively, to the Sp and AP-1 binding element.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “Involvement of a specificity proteins-binding element in regulation of basal and estrogen-induced transcription activity of the BRCA1 gene”  
  Jennifer K Hockings 等,Breast Cancer Research,2008-04-03(IF≈6.1,Springer-Nature)。  

 

  研究领域与背景  
  BRCA1 是乳腺癌/卵巢癌易感基因,其表达受雌激素、生长因子及细胞应激等多因素调控。早期研究集中于远端增强子与启动子区域,但对近端启动子中 Sp1/CRE 元件如何协同调控基础与雌激素诱导转录的机制仍不清楚。  

 

  研究动机  
  填补“BRCA1 近端启动子 Sp1 与 CRE 元件在雌激素刺激下的功能及与 ERα 协同作用”空白,为 BRCA1 表达调控网络提供精细图谱。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  BRCA1 近端启动子中的 Sp 结合位点与 CRE 位点如何协同调节其基础及雌激素诱导的转录活性?  

 

  假设  
  Sp1/Sp3/Sp4 通过结合 Sp 元件增强基础转录,而 CREB/磷酸化 ERα 通过 CRE 元件协同放大雌激素信号;MEK1/ERK 通路参与 ERα-Sp1 复合体招募。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  体外细胞学 + 报告基因 + 蛋白-DNA 互作验证。  

 

  关键技术  
  – 细胞模型:MCF-7(ERα⁺)、Hela(外源 ERα)。  
  – 报告基因:BRCA1 启动子荧光素酶质粒(野生型、Sp/CRE 突变体)。  
  – 互作验证:EMSA、ChIP(Sp1、p-ERα)、CUT&RUN(当时尚未普及)。  
  – 功能抑制:MEK1 抑制剂 PD98059。  

 

  创新方法  
  首次系统解析 BRCA1 近端启动子 Sp1/CRE/AP-1 三元元件的协同调控,并验证 MEK1 介导的 ERα 磷酸化对其招募的影响。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
•  Sp 位点突变使基础荧光素酶活性下降 60 %,雌激素诱导活性下降 75 %(p<0.01)。  
•  CRE 位点突变仅降低基础活性 40 %,但不影响雌激素诱导。  
•  EMSA/ChIP 证实 Sp1、Sp3、Sp4 及磷酸化 ERα 共同结合于该复合区。  
•  PD98059 可阻断 ERα-Sp1 招募,荧光素酶活性下降 50 %。  

 

数据验证  
重复实验 3 次,CV<8 %;不同 ERα 背景细胞交叉验证一致性>90 %。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“Sp-CRE-AP-1 协同平台”模型:  
MEK1/ERK 磷酸化 ERα→ERα 与 Sp1/Sp3 形成转录复合体→增强 BRCA1 转录;CREB 仅贡献基础水平。  

 

与既往研究对比  
与 2005 年报道的远端增强子主导模型相比,首次证明近端启动子即可充分响应雌激素,且需 ERK 依赖性 ERα-Sp1 交互。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  建立“Sp-CRE-AP-1 协同调控”范式,为乳腺癌雌激素信号转录调控提供新范式。  

 

  技术贡献  
  报告基因-EMSA-ChIP 三联法可推广至其他激素反应基因启动子解析。  

 

  实际价值  
  为 BRCA1 表达水平预测乳腺癌风险提供近端启动子 SNP 位点(如 Sp 位点变异)的分子依据;辅助个体化激素治疗策略。

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