転写制御因子NRF1, NRF2, NRF3のヒト細胞内での標的の違いと重複

Differential and overlapping targets of the transcriptional regulators NRF1, NRF2, and NRF3 in human cells.

• Pengfei Liu
• Michael J Kerins
• Wang Tian
• Durga Neupane
• Donna D Zhang
• Aikseng Ooi

抄録

核内因子（赤血球2）様転写因子（NRF）は、キャップンカラー転写調節因子のサブセットである。NRFは3つのメンバー、NRF1、NRF2、およびNRF3で構成され、プロモーター領域に抗酸化応答エレメント（ARES）を含む遺伝子の発現を制御しています。すべてのNRFメンバーはAREを含む遺伝子を制御していますが、それぞれが異なる役割を持っています。NRFのDNA結合活性と転写活性の違いや重複についての包括的な研究はまだ行われていない。本研究では、クロマチン免疫沈降法（ChIP）とエキソヌクレアーゼ処理を組み合わせることで、DNA中の調節因子を高精度にピンポイントで同定する手法であるクロマチン免疫沈降法（ChIP）とエキソシークエンシングを、RNAシークエンシングと組み合わせて実施し、各NRFメンバーの転写標的を同定した。3つのU2OS細胞株を用いて行った我々のアプローチにより、3つのNRFメンバーすべてで制御されている31の遺伝子、3つのNRFメンバーすべてで同様に制御されている27の遺伝子、そして少なくとも1つのNRFメンバーによって異なる制御を受けている4つの遺伝子が同定された。また、NRF1、NRF2、およびNRF3によってそれぞれ84個、84個、および22個の遺伝子で、1つのNRFメンバーのみによってアップまたはダウンレギュレーションされている遺伝子も発見された。ChIPピークで同定されたAREモチーフの解析から、NRF2はGCリッチ領域に挟まれたAREへの結合を好み、NRF1はATリッチ領域に挟まれた領域を好むことが明らかになった。このように、NRFメンバーの活性化は、おそらく上流のシグナル伝達イベントと組み合わせて、特定の細胞内状況下での配列選択性が決定していると考えられる。我々の解析により、転写制御因子NRF1、NRF2、NRF3による遺伝子制御の違いと重複についての包括的な説明が得られた。

The nuclear factor (erythroid 2)-like (NRF) transcription factors are a subset of cap'n'collar transcriptional regulators. They consist of three members, NRF1, NRF2, and NRF3, that regulate the expression of genes containing antioxidant-response elements (AREs) in their promoter regions. Although all NRF members regulate ARE-containing genes, each is associated with distinct roles. A comprehensive study of differential and overlapping DNA-binding and transcriptional activities of the NRFs has not yet been conducted. Here, we performed chromatin immunoprecipitation (ChIP)-exo sequencing, an approach that combines ChIP with exonuclease treatment to pinpoint regulatory elements in DNA with high precision, in conjunction with RNA-sequencing to define the transcriptional targets of each NRF member. Our approach, done in three U2OS cell lines, identified 31 genes that were regulated by all three NRF members, 27 that were regulated similarly by all three, and four genes that were differentially regulated by at least one NRF member. We also found genes that were up- or down-regulated by only one NRF member, with 84, 84, and 22 genes that were regulated by NRF1, NRF2, and NRF3, respectively. Analysis of the ARE motifs identified in ChIP peaks revealed that NRF2 prefers binding to AREs flanked by GC-rich regions and that NRF1 prefers AT-rich flanking regions. Thus, sequence preference, likely in combination with upstream signaling events, determines NRF member activation under specific cellular contexts. Our analysis provides a comprehensive description of differential and overlapping gene regulation by the transcriptional regulators NRF1, NRF2, and NRF3.

© 2019 Liu et al.