E2F

E2F transkriptsioonifaktorite perekond on geeniperekond, mis kodeerib kõrgemates eukarüootides transkriptsioonifaktoreid. Perekond koosneb kaheksast erinevast geenist, mis kodeerivad teadaolevalt üheksat ehituselt sarnast valku. Geenid E2F1–E2F3a on aktivaatorid ja E2F3b–E2F8 on repressorid. Selline klassifitseerimine tuleneb in vitro läbi viidud katsetest. E2Fide ülesanne on kontrollida imetajate rakutsüklit ja DNA sünteesi. Nagu kõigil teistel transkriptsioonifaktoritel, on ka E2Fidel võime seonduda spetsiifiliselt DNAs oleva sihtmärkjärjestusega. Kõik E2F perekonna geenid paiknevad erinevatel kromosoomidel. Röntgenkristallograafia abil on kindlaks tehtud, et E2F transkriptsioonifaktoritel on heeliks-pööre-heeliks DNAga seondumise domeenid. Transkriptsioonifaktorite seondumispiirkonnad on tavaliselt väikesed, 6–12 aluspaari pikkused piirkonnad genoomis, kusjuures seondumisspetsiifilisuse dikteerivad mitte rohkem kui 4–6 alust selles piirkonnas. Transkriptsioonifaktorid võivad DNAga seonduda nii hetero- kui ka homodimeeridena ning seetõttu on nende seondumispiirkonnad jaotunud kaheks poolikuks saidiks. Geeniperekond E2F liikmetel on oluline roll rakutsükli G1/S faasi üleminekul ja seda nii taime- kui ka imetajarakkudes. DNA mikrokiibi analüüsil on tehtud kindlaks, et E2F perekonna liikmetel on ainulaadsed sihtmärk-DNA-l paiknevad promootorite komplektid. See tähendab, et igal E2F geenilt kodeeritud valgul on oma unikaalne funktsioon rakutsüklis. E2F transkriptsioonifaktorite sihtmärkide seas on tsükliinid, tsükliinsõltuvad kinaasid, kontrollpunkti regulaatorid ning DNA reparatsiooni- ja replikatsioonivalgud. Suurest spetsiifilisusest hoolimata kopeerivad nad perekonnasiseselt üksteise ülesandeid. Näiteks hiire embrüol, milles on välja lülitatud E2F1, E2F2 ja üks E2F3 isovormidest, on võime normaalselt areneda, kui ekspresseeritakse E2F3a-d või E2F3b-d. Rakutsükli reguleerimise järgi jagatakse E2F transkriptsioonifaktorite perekonna liikmed kaheks funktsionaalseks rühmaks – transkriptsiooni aktivaatorid ja repressorid. Aktivaatorid E2F1, E2F2 ja E2F3a aitavad kaasa rakutsükli alustamisele ning osalevad selle normaalses läbiviimises. Repressorid, milledeks on kõik ülejäänud E2F transkriptsioonifaktorite perekonna liikmed, inhibeerivad rakutsüklit. Kuigi on näha, et perekonda kuuluvad geenidel on vastandlikud funktsioonid, sisaldavad nad siiski sarnaseid konserveerunud domeene. Geenid E2F1–E2F6 omavad heterodimeriseerumise domeeni nimega DP1,2, mis annab neile võimaluse seonduda valkudega DP1 ja DP2. Valgud DP1 ja DP2 on samuti transkriptsioonifaktorid ning nad on kaugelt suguluses E2Fidega. Seondumine nende valkudega suurendab E2Fide DNAga seondumise stabiilsust. Enamik E2Fe omavad pocket valguperekonna seondumisdomeeni. Pocket valkude perekonda kuuluvatest valkudest nimekaim on valk pRB, temaga sarnanevad veel valgud p107 ja p130. Neil on võime E2Fidega seonduda ainult hüperfosforüleeritud olekus. Aktivaatorite puhul on näidatud, et seondumine pRB-ga maskeerib transaktivatsiooni domeeni, mis vastutab transkriptsiooni aktivatsiooni eest. Seetõttu on pRB-E2F kompleksi esinemisel transkriptsioon alla surutud. Repressorite E2F4 ja E2F5 puhul vahendab pocket valkudega (peamiselt p107 ja p130, väiksemal määral ka pRB) seondumine repressioonikompleksi moodustamist, mille eesmärk on vaigistada sihtmärkgeene. Geenid E2F6, E2F7 ja E2F8 ei sisalda pocket valkudega seondumise domeeni ning mehhanism, mille kaudu nad geenide ekspressiooni alla suruvad, on ebaselge. Cdk4(6)/tsükliin D ja cdk2/tsükliin E fosforüleerivad pRB valku ning teisi sarnaseid pocket valke, aidates kaasa nende valkude ja DNA kompleksi dissotsieerumisele. Seejärel saavad aktivaator E2Fid transkribeerida S-faasi töötamiseks vaja minevaid geene. REF52 rakkudes on näidatud, et E2F1 üleekspresseerituse korral arrestitakse rakud S-faasis. Kuigi geenid E2F4 ja E2F5 ei osale rakkude proliferatsiooni muutmises, vahendavad nad rakkude G1 faasi arrestimist. Aktivaator E2Fid ei ole rakus kogu aeg ühtlaselt kõrge ekspressiooniga, vaid neid ekspresseeritakse tsükliliselt, vastavalt vajadusele. Kõrgesti on nad ekspresseeritud rakutsükli G1 ja S faaside ajal, samas kui repressor E2Fide ekspresseeritus püsib rakus muutumatuna kogu aja. Seda just seepärast, et repressor E2Fid on enamasti ekspresseeritud just vaigistatud rakkudes. Näiteks E2F5 on hiires ekspresseeritud ainult lõplikult diferentseerunud rakkudes. Aktivaatorite ja repressorite tasakaal tagab rakutsükli normaalse toimimise. Kui aktivaator E2Fid on välja lülitatud, siis muutuvad repressor E2Fid aktiivseks, et sihtmärkgeene inhibeerida. Transkriptsioonifaktorid E2F7 ja E2F8 erinevad teistest selle poolest, et neil on kaks konserveerunud DNAga seondumise domeeni, samas puudub neil DP1,2 dimeriseerumisdomeen. On näidatud, et nad mängivad olulist rolli angiogeneesis läbi vaskulaarse endoteeli kasvufaktori A aktiveerimise. Sebrakala (Danio rerio) puhul on näidatud, et kui transkriptsioonifaktorite E2F7 ja E2F8 ekspressioon on alla surutud, siis esinesid pea ja somaatiliste veresoonte puhul tõsised vaskulaarsed defektid. On leitud, et korduvate raseduskatkemistega indiviidide platsentas on paljud rakkude ja genoomi põhiülesanded allareguleeritud. Sellest tulenevalt ei suuda platsenta rakud tagada replikatsiooniks, kromosoomide struktuuri loomiseks, transkriptsiooniks, RNA protsessimiseks, sünteesitud valkude transpordiks, geenide õigeaegseks avaldumiseks ning mitokondrite normaalseks töötamiseks vajalike valkude ning komplekside tootmist. Häirete esinemine neis põhilistes rakuprotsessides põhjustab negatiivseid kõrvalekaldeid imetajate endotsüklis. Endotsükkel kujutab endast trofoblasti rakkude proliferatsiooni ning diferentseerumist ehk rakkude spetsialiseerumisest, mis on olulise tähtsusega raseduse algperioodil, mil lühikese aja jooksul peab ühest viljastatud embrüost arenema töökorras platsenta ja normaalne loode. On leitud, et nendel allareguleeritud geenidel on olemas E2F transkriptsioonifaktorite seondumissaidid. E2F transkriptsioonifaktorid ongi seotud just imetajate endotsükli replikatsiooni masinavärgi reguleerimisega. Chen, H.; Tsai, S.; Leone, G. (2009). "Emerging roles of E2Fs in cancer: an exit from cell cycle control". Nature Reviews Cancer. 9 (11): 785–797. Zheng N, Fraenkel E, Pabo CO, Pavletich NP (1999). "Structural basis of DNA recognition by the heterodimeric cell cycle transcription factor E2F-DP". Genes Dev. 13 (6): 666–74. Caessens, F., Gewirth, D. T. (2004). "DNA recognition by nuclear receptors". Essays in Biochemistry 40, 59–72. Gaubatz, S.F.; Lindeman, G.J.; Ishida, S.; Jakoi, L.; Nevins, J.R.; Livingston, D.M.; Rempel, R.E. (2000). "E2F4 and E2F5 Play an Essential Role in Pocket Protein–Mediated G1 Control". Molecular Cell. 6 (3): 729–735. Tsai, S.; Opavsky, R.; Sharma, N.; Wu, L.; Naidu, S.; Nolan, E.; Feria-Arias, E.; Timmers, C.; et al. (2008). "Mouse development with a single E2F activator". Nature. 454 (7208): 1137–1141. Sozzani, R.; Maggio, C.; Varotto, S.; Canova, S.; Bergounioux, C.; Albani, D.; Cella, F. (2006). "Interplay between Arabidopsis Activating Factors E2Fb and E2Fa in Cell Cycle Progression and Development". Plant Physiology. 140 (4): 1355–1366. Maiti, B.; Li, J.; Bruin, A.D.; Gordon, F.; Timmers, C.; Opavsky, R.; Patil, K.; Tuttle, J.; et al. (2005). "Cloning and Characterization of Mouse E2F8, a Novel Mammalian E2F Family Member Capable of Blocking Cellular Proliferation". The Journal of Biological Chemistry. 280 (18): 18211–18220. Johnson, G.; Schwarz, J.K.; Cress, W.D.; Nevins, J.R. (1993). "Expression of transcription factor E2F1 induces quiescent cells to enter S phase". Nature. 365 (6444): 349–352. Timmers, C.; Sharma, N.; Wu, L.; Wu, J.; Orringer, D.; Trikha, P.; Saavedra, G.; Leone, P.; et al. (2007). "E2f1, E2f2, and E2f3 Control E2F Target Expression and Cellular Proliferation via a p53-Dependent Negative Feedback Loop". Molecular and Cellular Biology. 27 (1): 65–78. Weijts, B., Bakker, W., Cornelissen, P., Liang, K., Schaftenaar, F., Westendorp, B., De Wolf, C., Paciejewska, M., Scheele, C., Kent, L., Leone, G., Schulte-Merker, S., and Bruin, A. "E2F7 and E2F8 Promote Angiogenesis Through Transcriptional Activation of VEGFA in Cooperation with HIF-1. The EMBO Journal (2012) 31, 3871–3884. Sõber, S., Rull K., Reiman, M., Ilisson, P., Mattila, P., Laan, M. (2016). "RNA sequencing of chorionic villi from recurrent pregnancy loss patients reveals impaired function of basic nuclear and cellular machinery." Scientific Reports 6, 38439. Chen, H-Z., Ouseph, M. M., Li, J., ... Leone, G. (2012). Canonical and atypical E2Fs regulate the mammalian endocycle. Nat. Cell. Biol. 14(11): 1192–1202.