Die Biologie des Transkriptionsfaktors Yin Yang 2

Abstract

Das Yin Yang 2 (YY2) Gen kodiert für einen Zinkfinger-Transkriptionsfaktor, der bisher nur teilweise charakterisiert wurde. Das Protein erkennt das identische DNA-Bindungsmotiv 5‘-(A/c/g)(A/t)NATG(G/a/t)(C/a)(G/c/t)-3‘ wie das zuerst beschriebene Gründungsmitglied der YY Transkriptionsfaktor-Familie, YY1, und kann im spezifischen zellulären Kontext entweder als Repressor oder als Aktivator agieren. Obwohl YY2 und YY1 an das gleiche Motiv binden, zeigen neueste Daten aus knockdown Analysen, dass beide Proteine unterschiedliche regulatorische Funktionen auf die jeweiligen Zielgene haben. Um die biologische Funktion des humanen YY2 untersuchen zu können, mussten wir dessen Regulation im genomischen Kontext analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die upstream Region des YY2 Gens eine signifikante Promotoraktivität aufweist. In vitro zeigte der CpG-reiche YY2 Promotor eine signifikante Repression durch DNA-Methylierung. Darüber hinaus geht die Behandlung von humanen embryonalen Nierenzellen (HEK293) mit 5-Aza-2-desoxycytidin (Aza) mit einer bis zu 3-fachen Steigerung der endogenen YY2 Expression einher. Desweiteren wurde das yy2 Expressionsmuster in verschiedenen Organen während der Embryogenese und postnatalen Entwicklung bis hin zur ausgewachsenen Maus näher untersucht. Während ein konstantes Expressionsniveau von yy2 im Herz- und Lungengewebe nachgewiesen werden konnte, zeigte sich in verschiedenen Gehirnarealen eine dynamisch regulierte yy2 Expression. Zusätzlich wurde die yy2 Expression in primären murinen Zellen, Mikroglia, Neurone und Astrozyten untersucht. Das Expressionslevel in Mikroglia und Astrozyten war im Vergleich zu den Neuronen erhöht. Zum ersten Mal konnten somit entwicklungsabhängige Unterschiede in der Transkription des yy2 im murinen Gehirn gezeigt werden. Dies lässt einen Zusammenhang zwischen YY2 und der Regulation von entwicklungsabhängig regulierten Genen vermuten. Bezüglich der Funktion von YY2 als Transkriptionsfaktor wurde die Häufigkeit von YY2 DNA-Bindungen im humanen Genom mittels Chromatin Immunopräzipitation in Kombination mit einem Promotor Microarray (Chip-chip) untersucht. In HEK293 Zellen konnte eine Vielzahl von YY2-Bindungen an Promotoren und intergenische Bereiche in vivo nachgewiesen werden. Die Daten zeigten, dass nahezu alle HOX Gencluster durch YY2 gebunden werden. Nachdem deutlich wurde, dass YY2 eine Vielzahl von Promotoren in vivo bindet, wurden zusätzlich Proteininteraktionen näher untersucht. Mittels Co- Immunopräzipitation und in vitro Bindungsstudien konnte SP1 als direkter Interaktionspartner von YY2 identifiziert werden. Die Parallelen zwischen den beiden YY Proteinen lassen vermuten, dass YY2 eine relevante biologische Funktion hat. Um die Funktion des YY2 im gesamten murinen Organismus analysieren zu können, wurde ein Targetingvektor für die Ablation von YY2 in der Maus generiert. Die YY2 knockout Mutante wird den finalen Schritt zur Beschreibung der Relevanz von YY2 für entwicklungsabhängige Prozesse darstellen.

The Yin Yang 2 (YY2) gene encodes a zinc finger transcription factor that is only partially characterized yet. The protein recognizes the identical DNA- binding motif 5‘-(A/c/g)(A/t)NATG(G/a/t)(C/a)(G/c/t)-3‘ like the founding member of the YY transcription factor family, YY1, and acts either as repressor or as activator depending on its specific cellular context. Although YY2 and YY1 bind to the same core motif, recent data from knockdown analyses indicate differential regulatory properties of both proteins on their target genes. To elucidate the biological function of human YY2, we studied its regulation within the genomic context. The upstream region of YY2 indeed mediates significant promoter activity. In vitro, transcriptional activity of the CpG-rich YY2 promoter is clearly repressed by DNA methylation. DNA demethylation experiments performed by treating human embryonic kidney (HEK293) cells with 5-Aza-2-deoxycytidine (Aza) revealed that endogenous YY2 expression is more than 3-fold enhanced. Furthermore, we analyzed in detail the expression pattern of yy2 in various organs during embryonic and postnatal mouse development till adulthood. Thereby, a constant yy2 level was detected in heart and lung tissue, whereas in different brain regions yy2 expression was dynamically regulated. In addition, we detected yy2 mRNA in primary mouse neurons, microglia cells, and astrocytes. Higher yy2 expression levels were detected in microglia cells and astrocytes than in primary neurons. For the first time, developmental changes of yy2 transcription became obvious in various areas of the brain. This suggests that yy2 is involved in developmental gene regulation. Regarding the function as transcription factor and in order to identify potential target genes of YY2, we studied the frequency of YY2 DNA-binding sites in the human genome using chromatin immunoprecipitation combined with a whole-genome human promoter microarray (ChIP-chip). In HEK293 cells, multiple annotations of YY2-bound promoters and intergenic regions were identified. Detailed data mining revealed that almost all HOX gene clusters exhibit YY2 binding. In a further approach, we analyzed potential binding partners of YY2. In co-immunoprecepitation and in vitro binding experiments we identified the SP1 transcription factor as a direct binding partner of YY2. These findings suggested a biological relevance of the YY2 and parallels between both YY proteins became obvious. Subsequently, we generated a conditional targeting vector for the ablation of YY2 in mice to analyze the function of YY2 in the entire murine organism. The YY2 knockout mouse will be the final step to prove the importance of YY2 for developmental processes.