Protein architecture and evolution of vertebrate transcription factors : an experimental study on the Hoxa-11 protein in mouse and zebrafish / eingereicht von Jutta Johanna Roth

• VerfasserIn: Roth, Jutta Johanna
• Place / Publishing House: 2005
• Year of Publication: 2005
• Language: English
• Classification: 42.23 - Entwicklungsbiologie; 42.13 - Molekularbiologie
• Physical Description: [6], 146 Bl.; Ill., graph. Darst.; 30 cm
• Notes: Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers; Zsfassung in dt. Sprache

ger: Obwohl schon seit Langem bekannt ist, dass Homeobox (Hox) Proteine eine wichtige Rolle in der Entwicklung von morphologischen Merkmalen spielen, ist der Zusammenhang zwischen der Evolution von Hox Genen und der Evolution dieser morphologischen Merkmale noch weitgehend ungeklärt.<br />Wir haben daher die Proteindomänen, welche essentielle Funktionen von Transkriptionsfaktoren, wie etwa Transport in den Zellkern oder transkriptionelle Regulation, erfüllen, in Hoxa-11 identifiziert. Durch den Vergleich der Domänen zwischen dem Maus- und Zebrafischprotein hofften wir einen Einblick in die Proteinarchitektur und ihrer Flexibilität während der Evolution von Hoxa-11 zu erhalten.<br />Die Ergebnisse zeigen, dass sich die primäre Transkriptionsfunktion von Hoxa-11 während des letzten gemeinsamen Vorfahren von Maus und Zebrafisch nicht geändert hat. Es kam jedoch zu einer Veränderung der Repressordomäne; im Mausprotein befindet sie sich ausschliesslich in der Homeodomäne, im Zebrafischprotein ist hingegen zusätzlich noch ein Sequenzmotif ausserhalb der Homdeodomäne an der Repressorfunktion beteiligt. Während der Teil, der in der Homeodomäne lokalisiert ist, Chordaten stark konserviert ist, trifft dies nicht auf den Teil ausserhalb der Homeodomäne zu. Eine mögliche Erklärung für diese Veränderung könnte sein, dass das Maus Protein tatsächlich eine Funktionsänderung durchlaufen hat, diese aber keine Auswirkung auf die von uns untersuchte Repressorfunktion hatte.<br />Wir konnten weiters zeigen, dass die Homeodomäne zusaetzlich zur DNA-Bindung noch zwei weitere essentielle Funktionen für Transkriptionsfaktoren erfüllt: Transport in den Zellkern und transkriptionelle Regulation. Laut unseren Ergebnissen könnte die Tatsache, dass die Homeodomäne mehrere essentielle Funktionen erfüllt für ihren hohen Konservierungsgrad verantwortlich sein, der bisher nur auf ihre DNA-Bindefunktion zurückgeführt wurde.

eng: Hox proteins have been linked to the development of morphological characters, but how the evolution of these characters was mediated by the evolution of Hox genes, is still unclear.<br />We therefore tried to trace the evolution of Hoxa-11 function during vertebrate phylogeny by mapping domains mediating essential transcription factor functions, such as nuclear import and transcriptional activity, in mouse and zebrafish Hoxa-11 and by investigating the correlation between sequence conservation and the quantity of conserved functions mediated by the homeodomain.<br />The results show that the primary transcriptional activity of Hoxa-11 has not changed since the most recent common ancestor of mouse and zebrafish. There was, however, a change in the domain, mediating this function. While in the mouse protein, the repressor domain is exclusively located in the homeodomain, in zebrafish, a motif outside of the homeodomain is additionally necessary to mediate the full function.<br />Interestingly, the part located within the homeodomain is highly conserved within chordates whereas the part outside is not. One possible explanation for the observed change could be that the mouse protein indeed experienced a change of function but it did not affect the primary transcriptional activity.<br />We also showed that the homeodomain is a multifunctional module mediating two essential transcription factor functions beyond DNA binding: nuclear transport and transcriptional regulation. These results suggest that the homeodomain conservation could be due to the need to accommodate multiple conserved functions rather than, as assumed so far, DNA binding alone.