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Dec 18, 2023

Cooperação entre fatores de transcrição bHLH e histonas para acesso ao DNA

Nature volume 619, páginas 385–393 (2023)Cite este artigo 17k Acessos 2 citações 87 Detalhes de métricas altmétricas A família básica de fatores de transcrição hélice-alça-hélice (bHLH) reconhece motivos de DNA

Nature volume 619, páginas 385–393 (2023)Cite este artigo

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Detalhes das métricas

A família básica de fatores de transcrição hélice-alça-hélice (bHLH) reconhece motivos de DNA conhecidos como E-boxes (CANNTG) e inclui 108 membros1. Aqui investigamos como as E-boxes croatinizadas são envolvidas por duas proteínas bHLH estruturalmente diversas: o proto-oncogene MYC-MAX e o fator de transcrição circadiano CLOCK-BMAL1 (refs. 2,3). Ambos os fatores de transcrição ligam-se às E-boxes preferencialmente perto dos locais de entrada e saída do nucleossomo. Estudos estruturais com sequências de nucleossomos nativas ou projetadas mostram que MYC-MAX ou CLOCK-BMAL1 desencadeiam a liberação de DNA de histonas para obter acesso. No topo do patch ácido H2A-H2B4, os domínios de dimerização CLOCK-BMAL1 Per-Arnt-Sim (PAS) envolvem o disco de octâmero de histonas. A ligação de E-boxes em tandem em sequências de DNA endógenas ocorre através de interações diretas entre dois protômeros CLOCK-BMAL1 e histonas e é importante para o ciclo circadiano. Nas E-boxes internas, o zíper de leucina MYC-MAX também pode interagir com as histonas H2B e H3, e sua ligação é indiretamente aumentada pelo OCT4 em outras partes do nucleossomo. A posição da caixa E do nucleossomo e o tipo de domínio de dimerização bHLH determinam em conjunto o contato das histonas, a afinidade e o grau de competição e cooperatividade com outros fatores ligados ao nucleossomo.

A família do fator de transcrição (TF) bHLH humano consiste em 108 membros que formam pares de homo e heterodímeros . Os membros da família bHLH controlam processos biológicos essenciais que vão desde o crescimento, proliferação e metabolismo celular9, neurogênese10 e miogênese11, até a resposta à hipóxia12 e ritmos circadianos13,14. A dobra de ligação ao DNA bHLH contém uma hélice básica N-terminal que interage com o sulco principal do DNA, seguida por uma alça e uma segunda hélice α15. Os domínios de ligação ao DNA bHLH podem ser unidos a diferentes tipos de domínios de dimerização, como domínios de zíper de leucina (LZ) (por exemplo, MYC, MAX e MAD), domínios PAS (por exemplo, CLOCK, BMAL1 e HIF1α) ou domínios laranja (para exemplo, HES1–HES7)1. Diferentes famílias de proteínas bHLH reconhecem um motivo central de DNA denominado Ephrussi ou Enhancer-box (E-box), que é uma sequência palindrômica curta com um motivo CANNTG degenerado, presente cerca de 15 milhões de vezes no genoma humano . Nós nos concentramos em dois membros bHLH estrutural e evolutivamente distintos dos clados bHLH-LZ e bHLH-PAS, representados pelo regulador de proliferação MYC-MAX e pelo circadiano TF CLOCK-BMAL1, respectivamente.

O proto-oncogene MYC tem um papel essencial nos circuitos celulares para regular o crescimento celular17. A maioria dos tipos de tumores apresenta expressão desregulada de MYC devido a alterações diretas do locus (por exemplo, amplificação ou translocação genética) ou à ativação de vias de sinalização a montante (Wnt, Notch e assim por diante), resultando em transformação oncogênica conduzida por MYC. Como ativador transcricional, MYC funciona com MAX (doravante MYC-MAX). O MAX, por sua vez, forma homodímeros e heterodímeros com outras proteínas bHLH-LZ MXD1 – MXD4, MNT e MGA que funcionam como repressores transcricionais9.

O heterodimérico bHLH-PAS TF CLOCK-BMAL1 é um componente crucial do relógio molecular que confere um período de aproximadamente 24 horas para expressão rítmica de quase 40% do genoma (nos tecidos), incluindo genes essenciais no metabolismo, secreção hormonal e o ciclo celular19,20. CLOCK-BMAL1 interage com elementos e co-reguladores da E-box, incluindo os repressores circadianos dedicados Período (PER) e Criptocromo (CRY), para conduzir oscilações transcricionais ao longo do dia21.

Um mecanismo regulatório essencial que rege o acesso dos FTs aos locais alvo genômicos é o ambiente da cromatina, no qual os nucleossomos restringem a ligação do TF ao DNA . Estima-se que as proteínas bHLH se liguem a menos de 1% do total de E-boxes em um determinado momento24. No entanto, os mecanismos pelos quais os TFs bHLH únicos leem caixas E incorporadas no nucleossomo na cromatina, e pelos quais os membros bHLH cooperam com outros TFs, são desconhecidos.