OCT4

OCT4 ehk oktameeri siduv transkriptsioonifaktor 4 on POU perekonda kuuluv valk, mida kodeerib POU5F1 ehk OCT4 geen. OCT4 transkriptsioonifaktoril on oluline roll embrüonaalses arengus ja tüvirakkude pluripotentsuse säilitamisel. POU5F1 geeni muutunud ekspressiooni seostatakse ka vähi tekkega.

OCT4 geen

Inimese OCT4 ehk POU5F1 ehk OCT3/4 ehk OCT3 geen asub 6. kromosoomil. Ta seob oktameerset motiivi AGTCAAAT ja moodustab trimeerse kompleksi SOX2 ja DNA-ga.
POU5F1 kodeerib 9 transkripti ja geenis on 6 eksonit. Alternatiivse splaissingu tulemusena on tal mitmeid isoforme ning seotud pseudogeene on leitud kromosoomides 1, 3, 7, 10 ja 12.
OCT4 transkriptsioonifaktori struktuuri kuulub POU domeen, mis koosneb omakorda kahest subdomeenist: aminoterminaalne POU-spetsiifiline regioon, mis koosneb 75 aminohappest, ning karboksüterminaalne homeodomeen, mis koosneb 60 aminohappest. Mõlemad regioonid seonduvad DNA-ga heeliks-pööre-heeliks motiivi kaudu. Valgu N-terminaalne domeen on rikas proliini- ja happejääkide ning C-terminaalne domeen proliini-, seriini- ja treoniinijääkide poolest.

Ekspressiooni regulatsioon

Kuna OCT4 geenil on tähtis osa pluripotentsuse säilitamisel, siis peab ta ekspressioon olema täpselt kontrollitud. Varases embrüonaalses arengus ekspresseerub OCT4 kõikides blastomeerides. Sisemise rakkude massi arengujärgus on tema ekspressioon piiratud ning primitiivse endodermi arenemisel alla reguleeritud. Sealjuures avaldub ta täiskasvanud organismis sugurakkude arengus. OCT4 ekspressioon on reguleeritud cis-elementidega, mis asuvad alguskoodonist ülesvoolu, ning kromatiini metülatsiooniga. OCT4 ekspressiooni reguleerivad ka proksimaalne võimendaja (PE) ja distaalne võimendaja (DE). Avaldumist kontrollib sugurakkude tuuma faktor, mis seostub proksimaalse võimendajaga ning represseerib transkriptsiooni. On näidatud, et OCT3/4 ja SOX2 faktorid moodustavad regulatoorse kompleksi, mis kontrollib nende endi regulatsiooni. See kompleks võib aidata OCT3/4 kontsentratsiooni primitiivsetes rakkudes hoida kindlal tasemel.

OCT4 funktsioon

OCT4 transkriptsioonifaktor osaleb embrüogeneesis ja pluripotentsuse säilitamisel. Tema transkriptsionaalne aktiivsus on positiivselt reguleeritud aju arengu käigus ning alla reguleeritud täiskasvanud kudedes. Samuti seostatakse OCT4 geeni ekspressiooni muutust vähi tekkega.

Rakkude pluripotentsuse säilitamine

Totipotentsus ehk pluripotentsus on rakkude võime diferentseeruda mis tahes tüüpi organismiomasteks rakkudeks ning seeläbi areneda tervikorganismiks. Tüvirakkude pluripotentsuse säilitamisel on võtmeroll OCT4 transkriptsioonifaktoril, mis molekulaarsel tasemel saab aktiveerida ja represseerida mitmeid geene. OCT3/4 ekspresseeritakse embrüonaalsetes tüvirakkudes ja embrüonaalsetes kartsinoomi rakkudes ja tema ekspressioon on alla reguleeritud rakkude töötlemisel retinoolhappega, mis suunab rakud diferentseeruma. OCT4 seostub FoxD3 aktivaatorvalguga, represseerides FoxA1 ja FoxA2 geeni ning seeläbi takistades embrüonaalsete tüvirakkude diferentseerumist. OCT4 transaktiveerib ka tüvirakkude sihtmärkgeene, mis säilitavad pluripotentsust. 
Pluripotentsuse säilitamisel on oluline OCT4 kogus organismis. Vähem kui 2-kordsel OCT4 koguse suurenemisel diferentseeruvad rakud ektodermiks ja mesodermiks. OCT4 koguse vähenemisel alla 50% diferentseeruvad rakud trofoektodermi.

OCT4 ekspressioon hiirte varasel arengul ja sugurakkudes

Hiire mudelis on ka näidatud, et POU transkriptsioonifaktor OCT4 on ekspresseeritud varases hiire embrüogeneesis, pluripotentsetes tüvirakkudes ning embrüonaalsetes kartsinoomi rakkudes. OCT3/4 valku esineb embrüonaalse 8-raku ja moorula staadiumi rakkude tuumades ning blastotsüsti staadiumis, kus trofoektoderm moodustub välimises rakkude kihis, on tema ekspressioon maha surutud. OCT4 ekspressioon jätkub sisemiste rakkude massis. Sisemine rakkude mass säilitab pluripotentsuse, et areneksid ekstraembrüonaalsed kihid ja kõik looterakud, sealhulgas ka generatiivsed rakud. Peale gastrulatsiooni jätkub OCT4 ekspressioon idutee rakkudes ning on alla reguleeritud spermatogeneesis ja ovogeneesis. Ootsüütide arenguetappide uurimisel leiti, et OCT4 ekspressioon on alla reguleeritud üleminekul meioosi ning uuesti üles reguleeritud esimese meiootilise jagunemise profaasi lõppstaadiumis. POU5F1 on ekspresseeritud ka primaarsete folliikulite ootsüütides, ootsüüdi kasvamisel ja follikulogeneesi alguses. 
Meeste generatiivsete rakkude immunotsütokeemilisel analüüsil näidati, et OCT4 ekspresseerus mitoosiarestis olevates spermatogoonides kuni sünnini. A tüüpi spermatogoonides tuvastati OCT-4 ekspressioon, prolifereeruvates B tüüpi spermatogoonides OCT4 ei avaldunud. Täiskasvanud testises ei tuvastatud OCT4 ekspressiooni mitte üheski diferentseerunud meiootilises generatiivses rakus. Seega transkriptsioonifaktori POU5F1 ekspressioon on alla reguleeritud spermatogeneetilise proliferatsiooni alguseks ja pole kontrollitud meioosi sisenemisega. Naisorganismis on OCT4 ekspressioon reguleeritud meioosi sisenemisega ja seetõttu arvatakse omavat lisafunktsiooni.

OCT4 homoloogide tähtsus selgroogsete pluripotentsuse säilitamisel

Kuigi multipotentsus säilib kõikides selgroogsete embrüotes kuni gastrulatsioonini, on suudetud embrüonaalseid tüvirakke saada ainult hiirtest ja primaatidest. Sisemisest rakkude massist saadud embrüonaalsed tüvirakud ekspresseerivad PouV valku OCT4. OCT4 homoloogid funktsioneerivad ka amfiibi varases arengus, kus nad käituvad iduteerakkude diferentseerumise supressorina. Uuringud on tõestanud, et PouV valgud reguleerivad sarnaseid geene nii embrüonaalsetes tüvirakkudes kui ka amfiibi embrüos ja PouV valgud toetavad embrüonaalsete tüvirakkude uuenemist. Järelikult on OCT4 geeni võime säilitada embrüonaalsete tüvirakkude pluripotentsust tulenenud PouV klassi valkude eellasfunktsioonist säilitada multipotentsust.

OCT4 ekspressioon ja selle seos vähi tekkega

Fenotüüpselt sarnanevad inimese preimplantatsiooni embrüonaalsed tüvirakud vähirakkudega, eelkõige nende võime poolest lõpmatult paljuneda. Nii tüvirakud kui vähirakud läbivad deprogrammeerimise, et paljuneda ja uueneda. Seetõttu arvatakse, et mõned embrüonaalsel arengul ekspresseeruvad geenid reaktiveeruvad ja avalduvad ka vähirakkudes. Homeojärjestusega geenide ebanormaalne ekspressioon võib viia leukeemia ja lümfoomi arenemisele. Üheks homeojärjestusega geeniks on OCT4 transkriptsioonifaktor.

Inimese rinnavähi rakkudes

Inimese rinnavähi rakkudes ekspresseeritakse vähemalt 4 POU geeni: OCT1 transkriptsioonifaktorit, B-lümfotsüüdi spetsiifilist transkriptsioonifaktorit OCT2, embrüonaalset transkriptsioonifaktorit OCT3 ning OCT1. OCT3 transkriptsioonifaktor avaldub rinnavähi rakkudes, kuid selle ekspressioon puudub normaalsetes inimese rinnakoe rakkudes. OCT3 ja OCT7 ekspressioon võivad näidata, et inimese rinnavähi rakud on saanud tagasi võime ekspresseerida geene, mis avalduvad tavaliselt ainult embrüonaalse arengu käigus.

Põievähi rakkudes

OCT4 geen on kõrgelt ekspresseeritud põievähi rakkudes, kuigi OCT4 positiivsete rakkude paiknemine proovides on ebaühtlane ja varieerub prooviti. Vähi staadiumi ja OCT4 ekspressiooni vahel korrelatsiooni ei esine. Lisaks vähikudedele on märgatud ka OCT4 ekspressiooni normaalsetes põierakkudes. Saadud tulemused võivad viidata OCT4 geenile kui tüvirakulaadse vähi tekitajale.

Epiteliaalse munasarjavähi rakkudes

OCT4 ekspressioon on ülesreguleeritud munasarjavähi rakkudes ja see vahendab folliikuleid stimuleeriva hormooni (FSH) indutseeritud apoptoosi mahasurumist epiteliaalses munasarjavähis. FSH indutseerib peale epiteliaal-mesenhümaalse transitsiooni ja invasiivse vähirakkudele omase fenotüübi ka OCT-4 ekspressiooni ülesregulatsiooni. Uuringud on näidanud, et OCT4 vahendab FSH indutseeritud munasarjavähi rakkude invasiivse omaduse tekkimist. Seetõttu võib OCT4 käituda kui potentsiaalne terapeutiline märklaud epiteliaalse munasarjavähi ravis.

OCT4 ja somaatiline kloonimine

OCT4 kontrollib mitmete varases arengus oluliste geenide FGF4, IFN, Sox-2, hCG, Utf-1 transkriptsiooni. Kõrgemate imetajate seas on rakutuuma siirdamisel saadud somaatilised kloonid arenguvõimetud. OCT4-GFP transgeen viidi kloonidesse, et uurida selle geeni rolli varasel arengul. Näidati, et OCT4 ekspressioon oli somaatilistes kloonides kiire, kuid ebanormaalne, ja seda seostatakse teiste arengus vajalike geenide muutunud ekspressiooniga, mis viivad väärarengule. Seega on OCT4 ekspressioon tähtis arenguvõimeliste somaatiliste kloonide saamisel.