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果蝇 Hox 功能的顺式调控代码。

The cis-regulatory code of Hox function in Drosophila.

机构信息

CellNetworks-Cluster of Excellence and Centre for Organismal Studies (COS) Heidelberg, Heidelberg University, Heidelberg, Germany.

出版信息

EMBO J. 2012 Aug 1;31(15):3323-33. doi: 10.1038/emboj.2012.179. Epub 2012 Jul 10.

Abstract

Precise gene expression is a fundamental aspect of organismal function and depends on the combinatorial interplay of transcription factors (TFs) with cis-regulatory DNA elements. While much is known about TF function in general, our understanding of their cell type-specific activities is still poor. To address how widely expressed transcriptional regulators modulate downstream gene activity with high cellular specificity, we have identified binding regions for the Hox TF Deformed (Dfd) in the Drosophila genome. Our analysis of architectural features within Hox cis-regulatory response elements (HREs) shows that HRE structure is essential for cell type-specific gene expression. We also find that Dfd and Ultrabithorax (Ubx), another Hox TF specifying different morphological traits, interact with non-overlapping regions in vivo, despite their similar DNA binding preferences. While Dfd and Ubx HREs exhibit comparable design principles, their motif compositions and motif-pair associations are distinct, explaining the highly selective interaction of these Hox proteins with the regulatory environment. Thus, our results uncover the regulatory code imprinted in Hox enhancers and elucidate the mechanisms underlying functional specificity of TFs in vivo.

摘要

精确的基因表达是生物体功能的一个基本方面,依赖于转录因子 (TFs) 与顺式调控 DNA 元件的组合相互作用。虽然我们一般了解 TF 的功能,但我们对其细胞类型特异性活性的理解仍然很差。为了解决广泛表达的转录调节剂如何以高细胞特异性调节下游基因活性的问题,我们已经在果蝇基因组中鉴定了 Hox TF Deformed (Dfd) 的结合区域。我们对 Hox 顺式调控应答元件 (HRE) 中的结构特征进行的分析表明,HRE 结构对于细胞类型特异性基因表达是必不可少的。我们还发现,Dfd 和 Ultrabithorax (Ubx),另一种指定不同形态特征的 Hox TF,尽管它们具有相似的 DNA 结合偏好,但在体内与非重叠区域相互作用。虽然 Dfd 和 Ubx HREs 表现出相似的设计原则,但它们的基序组成和基序对关联是不同的,这解释了这些 Hox 蛋白与调控环境的高度选择性相互作用。因此,我们的研究结果揭示了 Hox 增强子中所印刻的调控密码,并阐明了 TF 在体内功能特异性的机制。

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