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.2014年8月;24(8):994-1008.
doi:10.1038/cr.2014.97。 Epub 2014年7月25日。

Smad3和TTF-1/NKX2-1复合物调节Smad4非依赖性基因表达

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Smad3和TTF-1/NKX2-1复合物调节Smad4非依赖性基因表达

卡祖诺布·伊索加亚等。 单元格Res. 2014年8月.

摘要

甲状腺转录因子-1(TTF-1,也称为NKX2-1)是肺上皮细胞中的组织特异性转录因子。虽然TTF-1抑制由转化生长因子-β(TGF-β)在肺腺癌细胞中诱导的上皮-间充质转化,但TTF-1通过何种机制抑制TGF-α的功能尚不清楚。在这里,我们表明TTF-1干扰核Smad3-Smad4复合物,而不影响磷酸化Smad3的核定位。染色质免疫沉淀和测序的全基因组分析表明,TTF-1在染色质上与Smad3共定位,并改变整个基因组的Smad3结合模式,而TTF-1通常抑制Smad4与染色质的结合。此外,当TGF-β信号缺失时,Smad3在某些Smad3结合区域与TTF-1结合到染色质,但与Smad4结合不到,并且Smad4表达的下调不会减弱这些区域中Smad3的结合。因此,TTF-1可能与Smad4竞争与Smad3的相互作用,并且在TTF-1存在的情况下,Smad3独立于Smad4调节某些基因的转录。这些发现为TTF-1调控TGF-β-Smad信号提供了一种新的模型。

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数字

图1
图1
TTF-1独立于TGF-β与Smad3相互作用,并抑制Smad3-Smad4诱导的靶基因转录。(A)如图所示,用腺病毒TTF-1表达载体(AdTTF-1)或对照腺病毒(AdLacZ)感染A549细胞。感染后24 h,用TGF-β处理细胞1.5 h。用抗Smad3抗体或对照小鼠IgG免疫沉淀(IP)细胞裂解物,并用免疫印迹(IB)检测Smad3结合的TTF-1和Smad4。(B)A549细胞被腺病毒载体感染,如A类在TGF-β刺激2h后获得细胞的核质组分,并用IB检测磷酸化Smad3(pSmad3)、总Smad3和Smad4的水平。(C),D)感染指定腺病毒载体(AdLacZ或AdTTF-1)的A549细胞(C)和H441细胞转染对照siRNA(siControl)或TTF-1 siRNA(siTTF-1)(D)用TGF-β处理1.5小时,并使用抗Smad3和抗Smad4抗体检测Smad3-Smad4复合物。对感染AdLacZ或AdTTF-1或经siControl或siTTF-1处理的H441细胞的A549细胞核(蓝色)中检测到的PLA信号(红色)进行计数(右侧面板)。(E)用腺病毒TTF-1或LacZ表达载体感染A549细胞,并用TGF-β处理1.5 h。然后,使用Smad3特异性抗体进行ChIP分析,以分析Smad3与PAI-1型SMAD7系列启动子区域。(F)用TTF-1表达载体或对照载体转染A549细胞,并用TGF-β处理12 h或SB431542处理12 h。使用含有PAI-1-luc的荧光素酶报告子分析PAI-1型采用自然启动子或含有9×CAGA-luc的串联重复SBE。
图2
图2
ChIP-seq分析揭示了Smad3和TTF-1在H441细胞中的共定位,以及Smad4和TTF-1对染色质的竞争。(A),B)通过ChIP-seq分析获得的H441细胞中Smad3-、Smad4-和TTF-1-结合区数量的比较。(A)i: 粉红色和绿色的圆圈分别代表用TGF-β处理1.5小时的H441细胞中的Smad3-结合区域,以及对照和TTF-1 siRNA(FDR=0.01)。ii:蓝色圆圈表示经TGF-β(FDR=0.1)处理的siTTF1转染H441细胞中的Smad4-结合区域。(B)黄色圆圈表示H441细胞中没有TGF-β刺激的TTF-1结合区。橙色(i)和绿色(ii)圆圈分别表示经TGF-β处理的siControl和siTTF-1转染的H441细胞中的Smad3结合区域,蓝色圆圈(iii)表示Smad4结合区域,如A类-ii、。(C)Smad3结合位点TTF-1结合的频率。每个结合区域的Smad3-结合强度被定义为通过数据集的总映射读取归一化的读取计数(在转染siTTF-1的H441细胞中测定的14 145个Smad3-绑定峰)。通过计算siControl/siTTF-1的归一化读取计数,获得每个结合区域的读取计数比。计算了两组TTF-1共有的Smad3结合位点的频率:siControl/siTTF-1比值高和低的前2000和后2011区域。(D)中的TTF-1-、Smad3-和Smad4-结合区域PAI-1型基因位点。峰值a-e表示仅Smad3区域;峰f和g表示Smad3-TTF-1的共同区域。(E)H441细胞中Smad3-Smad4与DNA共结合的ChIP-reChIP分析。TGF-β刺激细胞1.5小时并固定。样品在抗Smad3 ChIP后洗脱,然后按照指示进行二次ChIP洗脱(IgG或抗Smad4)。Smad3结合区特异性引物(图2D中的峰e)用于实时PCR评估。(F)获得Smad3-TTF-1共同结合区(上面板)和Smad3-only结合区(下面板)中Smad3-结合强度的读取计数,并对转染siControl和siTTF-1的TGF-β处理H441细胞中的每个区域进行比较。红点(a-e)和绿点(f和g)表示中所示的结合区域D类.(G)所有Smad3结合区域的读取计数均来自转染siControl(上面板)或siTTF-1(下面板)的TGF-β处理的H441细胞的Smad3-ChIP-seq和Smad4-ChIP-se q数据,并比较每个区域中Smad3和Smad4的读取计数。(H)将TTF-1结合强度作为TTF-1的归一化读取计数进行测定,并与转染siControl(上面板)或siTTF-1(下面板)的H441细胞Smad3结合位点中Smad4/Smad3的相对读取计数比率进行比较。RPM,每百万映射读取数。
图3
图3
TTF-1敲除影响多个Smad3结合位点区域的基因表达和基因组相互作用。(A)H441细胞中TGF-β诱导的基因微阵列数据与Smad3的ChIP-seq数据的比较。左列:来自表达式数组的数据。根据siTTF-1/siControl比率(siTTF-1和siControl细胞之间基因表达水平的变化)选择并排列H441细胞中表达的基因以及TGF-β刺激诱导的基因。右列:Smad3 ChIP-seq数据。黑条表示Smad3结合被siTTF-1上调两倍。(B)对转染siControl或siTTF-1的H441细胞的表达微阵列数据进行基因本体分析。通过比较DAVID获得的丰富的基因本体簇(左与右),评估TTF-1敲除对TGF-β诱导的基因表达变化的影响。(C)在缺乏TGF-β刺激的情况下TTF-1功能的基因本体论分析。基因本体簇的获取如所示B类.(D)3C分析。左图:如果Smad复合物与启动子中的多个位点结合,并在DNA消化后组装不同区域,则可以检测到多个结合位点之间的相互作用。右图:如果Smad复合物与启动子中的一个位点结合,并且在DNA消化后未能组装不同区域,则无法观察到多个结合位点之间的相互作用。(E)左侧面板:设计的3C Taqman探针(蓝色三角形)和引物(橙色三角形)PAI-1型ITGA5公司基因座。我们设计了四个引物(包括一个方向相反的引物)。的方案PAI-1型启动子(左上)是图2D的修改。右侧面板:交互比率通过输入值进行标准化。Rev1-Rev4表示左侧面板中显示的反向引物。误差线=SD。
图4
图4
在没有TGF-β刺激的情况下,Smad3与TTF-1独立于Smad4结合到某些染色质区域。(A)左:用SB431542或TGF-β处理H441细胞1.5小时。使用Smad3抗体进行ChIP-qPCR。右:用对照或Smad4 siRNA处理H441细胞48小时,不刺激TGF-β,并用Smad3抗体进行ChIP-qPCR。LMO3,仅LIM-域-3;KRT4,角蛋白4;SDPR,血清剥夺反应;和FBP、果糖-1,6-二磷酸酶。(B)STRL附近靶基因的mRNA表达。用对照、Smad3或Smad4 siRNA处理H441细胞48小时,用对照siRNA处理A549细胞48小时。使用LMO3(左)、SDPR(中)或FBP1(右)特异性引物进行RT-PCR分析。(C)A549细胞(内环)和H441细胞经siControl处理后Smad3-结合位点的比较。红色部分显示STRL观察到的位点。(D)获得A549细胞Smad3结合区Smad3的读取计数,并对A549细胞和转染siTTF1的H441细胞的每个区域进行比较(左面板)。还从A549细胞和经siControl处理的H441细胞获得了H441的STRL处Smad3的读取计数,并在每个区域进行了比较(右侧面板)。第页,皮尔逊相关系数;RPM,每百万映射读取数。
图5
图5
受TTF-1调控的Smad3的Smad4独立作用。肺腺癌细胞中Smad3的Smad4依赖性和非依赖性功能方案。Smad3-Smad4复合物与其他转录因子和转录共激活物(或共抑制物)相互作用,并调节某些靶基因的转录,包括PAI-1型ITGA5型导致EMT的诱导和TGF-β刺激的其他效应。在TTF-1的存在下,Smad3-Smad4复合物被破坏,TTF-1与Smad3和其他转录因子相互作用并调节某些其他基因,包括LMO3公司导致细胞存活的诱导以及以细胞环境依赖的方式产生的某些其他效应。

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