Ρύθμιση της μετα-μεταφραστικής τροποποίησης και σταθερότητας bHLH μεταγραφικών παραγόντων μέσω αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους
Authors: Κηπαράκη Μαριάνθη 
Published: August 2021

Κατά τον καθορισμό της νευρικής τύχης, σε όλο το βασίλειο των μεταζώων, τρεις κατηγορίες μεταγραφικών παραγόντων τύπου bHLH έχουν καθοριστικό ρόλο. Οι bHLH μεταγραφικοί ενεργοποιητές, τάξης ΙΙ, [όπως το Scute (Sc) στην Drosophila] ετεροδιμερίζονται με την πανταχού εκφραζόμενη τάξης Ι, bHLH πρωτεΐνη [Daughterless (Da)], και προωθούν την νευρική τύχη - για αυτό καλούνται προνευρικές πρωτεΐνες. Η νευρική τύχη καταστέλλεται από τους μεταγραφικούς καταστολείς της κατηγορίας bHLH-Orange πρωτεϊνών [όπως οι πρωτεΐνες Enhancer of split, E(spl)] (τάξη VI). Προηγούμενες μελέτες από το δικό μας εργαστήριο και από άλλα, έχουν δείξει ότι οι πρωτεΐνες E(spl) και οι προνευρικές πρωτεΐνες αλληλοανταγωνίζονται την δράση με ποικίλους τρόπους. Οι τρόποι αυτοί περιλαμβάνουν την μεταγραφική ρύθμιση των ίδιων γονιδίων στόχων, είτε με άμεση πρόσδεση των πρωτεϊνών σε διαφορετικές θέσεις-στόχους ίδιες μέσα στους ίδιους ενισχυτές ή και με στρατολόγηση των πρωτεϊνών E(spl) σε γονίδια στόχους των προνευρικών πρωτεΐνών, μέσω αλληλεπιδράσεων με το σύμπλοκο Da/Sc. Στην παρούσα μελέτη, ερευνήσαμε στοιχεία cis της πρωτεΐνης Sc τα οποία επηρεάζουν τη σταθερότητα και τη δράση της πρωτεΐνης όταν αυτή εκφράζεται μόνη της ή μαζί με τον παρτενέρ της Da. Βρήκαμε ότι η πρωτεΐνη Sc είναι μια ασταθής φωσφοπρωτεΐνη, η οποία διαθέτει δύο τύπους αποικοδομητικών σινιάλων (degrons I, II) ανάλογα με την κατάσταση διμερισμού που βρίσκεται. Και τα δύο αποικοδομητικά σινιάλα οδηγούν την πρωτεΐνη στο πρωτεάσωμα. Απουσία Da, το κύριο αποικοδομητικό σινιάλο (degron I) είναι η περιοχή ενεργοποίησης της μεταγραφής της πρωτεΐνης (TAD), η δράση του οποίου δεν εξαρτάται από την πρόσδεση του Sc στο DNA, αλλά ούτε από την φωσφορυλίωση του Sc. Το δεύτερο σινιάλο αποικοδόμησης (type II) ενεργοποιείται όταν το Sc ετεροδιμερίζεται με το Da, ενώ την ίδια στιγμή απενεργοποιείται το degron I. Το degron ΙΙ είναι σύνθετο και πρέπει να πληρούνται τρεις προϋποθέσεις για να λειτουργήσει. Το ετεροδιμερές Da/Sc πρέπει να είναι ικανό να προσδεθεί στο DNA, χρειάζονται τα δύο TADs του Da, καθώς επίσης και το Sc να είναι φωσφορυλιωμένο στην κύρια θέση φωσφορυλίωσής του, S²⁶⁸PTS. Παρά το γεγονός ότι τα μισά στοιχεία ανήκουν στην πρωτεΐνη Da (τα δύο TADs και η μισή περιοχή πρόσδεσης στο DNA), το Da καθαυτό είναι πολύ σταθερή πρωτεΐνη. Παράλληλα με την παραπάνω ανάλυση βρήκαμε έναν νέο μηχανισμό ανταγωνισμού μεταξύ των προνευρικών και των E(spl) πρωτεϊνών, που είναι η αμοιβαία αλληλοκαταστροφή τους μέσω αλληλεπίδρασης. Με την χρήση διαφορετικών μεταλλαγμένων μορφών των παραπάνω πρωτεϊνών συμπεράναμε ότι οι δύο καταστροφές [καταστροφή του συμπλόκου Da/Sc από τις E(spl) και καταστροφή των E(spl) από τις Da/Sc) χρησιμοποιούν διαφορετικούς μηχανισμούς που έχουν κάποιες ομοιότητες αλλά και διαφορές. Και στους δύο τύπους καταστροφών οι πρωτεΐνες πρέπει να είναι ικανές να αλληλεπιδράσουν καθώς επίσης είναι περιττή η πρόσδεση του E(spl)m7 στο DNA. Η αποικοδόμηση του E(spl)m7 από το σύμπλοκο Da/Sc, ευνοείται όταν το Da/Sc σύμπλοκο μπορεί να προσδεθεί στο DNA. Η αποικοδόμηση του συμπλόκου Da/Sc από την E(spl)m7, δεν χρειάζεται πρόσδεση στο DNA κανενός μεταγραφικού παράγοντα, αλλά εξαρτάται από την στρατολόγηση του συγκαταστολέα Groucho. Επιπλέον, η πρωτεΐνη Sc πρέπει να είναι φωσφορυλιωμένη στο μοτίβο S²⁶⁸PTS για να καταστραφεί από την m7. Τα παραπάνω αποτελέσματα δηλώνουν ότι το σύμπλοκο Da/Sc/m7 στρατολογεί διαφορετικούς παράγοντες αποικοδόμησης (π.χ. λιγάσες E3) οι οποίοι στοχεύουν διαφορετικά στοιχεία του συμπλόκου. Μια ενδιαφέρουσα παρατήρηση κατά την διάρκεια της παρούσας μελέτης ήταν ότι η πρωτεΐνη Da όταν αλληλεπιδρά με τις πρωτεΐνες Sc και m7, επάγει σημαντική αύξηση του μοριακού τους βάρους. Αυτή η τροποποίηση επάγεται και με αναστολή του πρωτεασώματος, υποδηλώνοντας ότι πρόκειται για μια μορφή των πρωτεϊνών Sc και m7 που είναι ασταθής. Παρόλο που και οι δύο πρωτεΐνες Sc και E(spl)m7 φέρουν μονο- και πολυ-ουβικουϊτινιλιώσεις καθώς και άλλες τροποποιήσεις υψηλού μοριακού βάρους, δεν είμαστε σε θέση ακόμα να πιστοποιήσουμε τη μοριακή φύση της τροποποίησης που επάγει το Da.