Isolation and characterization of candidate direct target genes of the transcription factor Sox2 in developing central nervous system

Abstract

During embryonic development of the central nervous system (CNS), various types of differentiated cells are generated from NPCs that have both the self-renewal and differentiation capacities. These cells undergo both symmetric or asymmetric cell divisions and thereby maintain a pool of NPCs and produce differentiated progeny cells. Although expression of certain genes and maintaining certain epigenetic state are likely important, the mechanism that utilized for self-renewal is relatively unknown.Sox2 is a member of the Sox transcription factor family whose defining characteristics is the HMG-box DNA binding domain and is known to play critical roles in the self-renewal of neural progenitor cells. Isought to characterize its activity by isolating and determining function of direct regulatory targets. Here, I present Sox5 and Fabp7 as two candidate direct targets of Sox2. These genes are expressed in neural progenitor cells during embryonic development along with Sox2 and contain conserved cis-element to which Sox2 binds directly. The regulation of Sox5 appears to be complex as regulatory cis-elements show significant species variation in location and in composition. Sox5 is also induced in vivoby overexpression of Sox1 and Sox3 which together with Sox2 constitute the Sox B1 subgroup. Interestingly, the strongest activation is not mediated by Sox2 but by Sox1. This may provide an opportunity to differentiate the function of the three Sox B1 family members which to date are only known to play redundant functions in the developing CNS. Fabp7 on the other hand shows a far more dominant role of the enhancer element proximal to the promoter, and the significance of candidate Sox2 binding cis-elements near the promoter was readily confirmed by reporter assay in vitro. The functional role of the two genes in neural precursor cells will be further determined.;자가 재생능력과 분화 능력을 가지고 있는 신경전구세포는 배아 중추 신경계의 발달과정 동안 여러 종류의 분화된 세포를 생성한다. 신경전 구세포는 대칭 또는 비대칭 분열을 통해 신경전구세포의 수를 유지시키 거나 다른 여러 종류의 분화된 세포를 만든다. 이러한 과정은 필요한 유전자의 발현과 적절한 후생학적 상태를 유지시키는 기작들을 통해 이 루어지는데, 아직 자세한 기작은 밝혀지지 않았다. Sox2는 HMG box DNA binding domain을 공통으로 가지는 Sox transcription factor family에 포함되어있는 전사인자로, 신경전구세포가 자가 재생능력을 유지하는데 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 본 연구에서는 Sox2에 의해 직접적 으로 조절되는 인자들을 동정함으로써, 신경전구세포의 자가재생능력 기작을 알아보고자 하였다. 본 연구에서는 Sox2의 직접적 target 후보 유전자로 Sox5와 Fabp7을 선별하였다. 이 유전자들이 배아의 초기발달 과정 동안 신경전구세포에 서 Sox2와 함께 발현되고 있는 것을 RNA in situ hybridization 실험을 통해 확인했고, Sox2가 직접적으로 결합할 수 있는, 종간에 잘 보존되 어있는 cis-element들도 확인하였다. 그 중, Sox5의 cis-element들은 77 그 위치와 구성에서 종간의 다양성이 확인되어 Sox2에 의한 Sox5의 조 절은 매우 복잡할 것으로 보여진다. 또한 Sox5는 Sox B1 subgroup에 속 하는 Sox1, Sox2, Sox3의 과발현에 의해 발현이 증가되었다. 흥미로운 것은, Sox2보다 Sox1에 의한 Sox5의 증가가 더욱 두드러졌다. 이것은 발달중인 중추신경계에서 서로의 역할을 보완해 주고 있는 Sox B1 유전 자들 사이의 다른 기능에 대한 연구의 가능성을 보여준다. 반면, Fabp7 의 promoter와 가까운 enhancer element가 보다 더 주도적인 역할을 하 고, Sox2가 결합할 것이라 예상한 promoter 근처의 cis-element들이 실 제로 Sox2에 의해 작동된다는 것을 reporter assay를 통해 확인하였다. 이것으로 본 연구에서는 Sox5와 Fabp7이 Sox2 전사인자에 의해 직접적 으로 조절 받고 있다는 사실을 밝혔고, 앞으로 신경전구세포에서의 두 유전자의 역할에 대한 연구가 더 필요하다.