Es wird angenommen, dass die transkriptionelle Aktivierung nukleärer Rezeptoren (NR) transkriptionelle Intermediärfaktoren (TIF) einbezieht, die durch Remodellierung von Chromatin-Templates und durch Modulation der Aktivität des zugrunde liegenden Transkriptionsapparats wirken. TIF1α ist ein putativer Mediator nukleärer Rezeptoren, eine Proteinkinase mit mehreren konservierten Domänen. Es weist ein N‑terminales RING‑Finger/B‑Box/Coiled‑Coil-(RBCC)-Muster sowie eine C‑terminale Region auf, einschließlich eines „plant homeodomain“-(PHD)-Fingers und einer Bromodomäne. TIF1α ist ein Mitglied der TIF1‑Familie, zu der auch TIF1β/KAP‑1/KRIP‑1 sowie TIF1γ gehören. TIF1α und TIF1γ sind dafür bekannt, direkt mit ligandengebundenen NR zu interagieren. TIF1α ist ein kernreiches Protein, das in undifferenzierten pluripotenten Zellen eng mit (Auto-)Heterochromatin assoziiert ist. Während der Differenzierung von durch Retinsäure (RA) induzierten P19‑Zellen nahm der TIF1α‑Spiegel stark ab, was darauf hindeutet, dass es während der Entwicklung an der Aufrechterhaltung des undifferenzierten Zustands totipotenter Zellen beteiligt ist. TIF1‑Proteine werden von einer erweiterten Familie von Genen der Entwicklungs- und physiologischen Regulation kodiert und sind von Fliegen bis zum Menschen konserviert. Diese Proteine sind durch ein N‑terminales RING‑B‑Box‑Coiled‑Coil-(RBCC)-Motiv und eine C‑terminale PHD‑Finger/Bromodomänen‑Einheit charakterisiert und sind nachweislich an transkriptioneller Repression beteiligt, die über epigenetische Mechanismen unter Einbezug von Histon‑Modifikatoren und heterochromatinbindenden Proteinen vermittelt wird.

Einleitung

Als Reaktion auf entwicklungsbedingte oder umweltbedingte Signale ist die transkriptionelle Regulation der Genexpression in Eukaryoten ein komplexer, mehrstufiger Prozess, der das koordinierte Zusammenwirken zahlreicher Faktoren erfordert. Eine zentrale Rolle in diesem Prozess spielen sequenzspezifische Transkriptionsfaktoren, die die Transkription durch Interaktion mit transkriptionellen Intermediärfaktoren (TIFs; auch als Koaktivatoren und Koregulatoren bezeichnet) positiv und/oder negativ steuern; deren letztliche Funktion darin besteht, die Chromatinstruktur umzugestalten, um die Bildung von (Prä‑)Initiationskomplexen zu fördern oder zu hemmen oder Zielgene mit spezialisierten nukleären Kompartimenten zu assoziieren. TIF1‑Proteine stellen eine wachsende Gruppe chromatinbezogener/-assoziierter TIFs dar. Sie bilden eine Untergruppe, die sich als Schlüsselregulatoren entwicklungsbiologischer und physiologischer Prozesse herauskristallisiert. In Säugern existieren drei Familienmitglieder (TIF1α, ‑β und ‑γ), in Drosophila ein Mitglied (Bonus). Sie bestehen aus zwei konservierten Aminosäureregionen: einer N‑terminalen RING‑B‑Box‑Coiled‑Coil-(RBCC)-Domäne mit potenziellen Selbstassemblierungseigenschaften sowie einer C‑terminalen Region, die einen PHD‑Finger und eine Bromodomäne enthält – zwei hochkonservierte Signaturmotive, die in zahlreichen nukleären Proteinen weit verbreitet sind, die auf Chromatinebene wirken.

TIF1α

TIF1α ist ein Gründungsmitglied dieser Familie. Ein Protein, das das Transaktivierungspotenzial des Retinoid‑X‑Rezeptors (RXR) reguliert, wurde zunächst in einem genetischen Screening in Hefe identifiziert und anschließend als Interaktionspartner der AF‑2‑Aktivierungsdomäne nukleärer Rezeptoren über ein einzelnes LXXLL‑Motiv beschrieben; hierzu zählen Retinsäure‑ (RAR), Schilddrüsenhormon‑ (TR), Vitamin‑D3‑ (VDR) und Östrogenrezeptoren (ER). TIF1α ist ein chromosomales Protein, das reich an (Auto-)Heterochromatin ist, und wird während der frühen Entwicklung sowie in vielen adulten Geweben breit exprimiert. Es wurde berichtet, dass TIF1α in murinen NIH‑3T3‑Zellen an der wachstumshemmenden Aktivität von RXR/RAR beteiligt ist und transformierende Aktivität zeigt, wenn es mit einem verkürzten B‑Raf fusioniert ist. Die biologische Funktion von TIF1α wird durch Regulation des Chromatinzustands vermittelt, was die Auffassung stützt, dass TIF1α als Chromatin‑Koregulator wirkt. Für TIF1α wurde eine intrinsische transkriptionelle Silencing‑Aktivität nachgewiesen, die eine Histon‑Deacetylierung erfordert. Darüber hinaus kann TIF1α direkt mit Mitgliedern der Heterochromatin‑Protein‑1‑(HP1)-Familie interagieren, einer Klasse nicht‑histoner chromosomaler Proteine, die als dosisabhängige Regulatoren der höhergeordneten Chromatinstruktur wirken und die autosomale Genstilllegung fördern können. Die Lokalisierung der HP1‑Interaktionsdomäne in TIF1α führte zur Identifizierung eines konservierten PXVXL‑Motivs in seiner zentralen Region, das direkt an die C‑terminale Chromoshadow‑Domäne des HP1‑Proteins bindet und auch in weiteren potenziellen transkriptionellen Regulationszielen vorkommt.

TIF1β

Die Identifizierung von TIF1β begründete die TIF1‑Familie transkriptioneller Koregulatoren. TIF1β (auch als KAP‑1 oder KRIP‑1 bezeichnet) wurde aufgrund seiner Fähigkeit isoliert, mit murinem HP1α sowie mit den humanen Krüppel‑ähnlichen Proteinen KOX1 und den KRAB‑Domänen von Kid‑1 zu interagieren. Die KRAB‑Transkriptionsrepressionsdomäne ist ein weit verbreitetes Motiv, das häufig am N‑Terminus von Krüppel‑Cys2‑His2‑Zinkfingerproteinen vorkommt. Diese Domäne enthält eine konservierte KRAB‑A‑Box, der üblicherweise eine KRAB‑B‑Box folgt. Bislang haben alle untersuchten Varianten der KRAB‑Domäne ihre Funktion durch Rekrutierung von TIF1β ausgeübt. In Übereinstimmung mit seiner Rolle in der Chromatinorganisation silenziert TIF1β die Transkription über Mechanismen, die Histon‑Deacetylierung, Histon‑H3‑Lysin‑9‑Methylierung sowie die Rekrutierung von HP1‑Protein über das PXVXL‑Motiv umfassen. Besonders wichtig ist, dass dieses Motiv auch während der Zelldifferenzierung erforderlich ist, um die Relokalisierung von TIF1β in die zentromerische Heterochromatinregion auszulösen. In Mäusen wird TIF1β während der gesamten Entwicklung ubiquitär exprimiert und ist in vielen adulten Geweben nachweisbar. Unsere jüngsten Untersuchungen zeigen, dass die Inaktivierung von TIF1β in Mäusen zu einem Entwicklungsstillstand im Ei‑Zylinder‑Stadium vor der Keimblattbildung führt und einen embryonal letalen Phänotyp verursacht; damit wird belegt, dass TIF1β eine wichtige und nicht redundante Rolle in frühen Entwicklungsprozessen spielt. In der Folge zeigte die Verwendung einer konditionalen, keimzelllinienspezifischen TIF1β‑Inaktivierung in adulten Hoden eine nachgelagerte Funktion von TIF1β in der Aufrechterhaltung der epithelialen Homöostase.

TIF1γ

Das dritte Säuger‑Mitglied der TIF1‑Familie, TIF1γ, wurde durch Hybridisierungs‑Screening unter niedriger Stringenz unter Verwendung von TIF1α als Sonde entdeckt. Aminosäurevergleiche zeigten, dass TIF1γ unter den drei Säuger‑Familienmitgliedern TIF1α nähersteht als TIF1β (die Gesamtidentität zwischen TIF1α und TIF1γ beträgt 50 %, während die Identität zwischen anderen TIF1‑Proteinen etwa 30 % beträgt). In vitro bilden TIF1α und TIF1γ Heteropolymere mit derselben Effizienz wie Homopolymere, während TIF1β tatsächlich homopolymerisiert, jedoch nicht mit TIF1α oder TIF1γ heteropolymerisiert. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Überexpression von TIF1γ in transient transfizierten Zellen die expressionshemmende Aktivität von TIF1α beeinträchtigt. Weitere Hinweise auf eine wechselseitige Interferenz zwischen TIF1α und TIF1γ ergeben sich daraus, dass kürzlich zwei neue RET‑Rearrangements bei Kindern mit papillärem Schilddrüsenkarzinom, PTC6 und PTC7, identifiziert wurden, die eine gemeinsame RET‑Rezeptor‑Tyrosinkinase‑Domäne aufweisen, fusioniert mit der TIF1α‑RBCC‑Domäne (PTC6) bzw. mit TIF1γ (PTC7). Beim Menschen und in der Maus werden TIF1γ‑Transkripte in adulten und fetalen Geweben in unterschiedlichen Mengen breit exprimiert. Wie andere Mitglieder der TIF1‑Familie besitzt TIF1γ eine intrinsische transkriptionelle Silencing‑Funktion. Allerdings wurden die nachgeschalteten Zielstrukturen, die die Genstilllegung vermitteln, bislang nicht identifiziert.

Literatur

1. Khetchoumian K; et al. IF1δ, a Novel HP1-interacting Member of the Transcriptional Intermediary Factor 1 (TIF1) Family Expressed by Elongating Spermatids. Journal of Biological Chemistry, 2004, 279.