Role of basic region leucine zipper transcription factors in controlling gene transcription in mammalian cells

Abstract

The basic region leucine zipper (bZIP) transcription factors are proteins that bind as dimers to specifc sequences within promoter genes to activate or repress the transcription of these genes. The best known member of the bZIP family is cAMP response element (CRE) binding protein CREB that binds to the CRE 5`-TGACGTCA-3`. To investigate gene regulation by bZIP transcription factors constutively active and dominant-negative bZIP mutants were used. The results show that genes encoding GTP cyclohydrolase I, secretogranin II, tumor necrosis factor alpha and Egr-1 are regulated by CREB and ATF2 via CRE motifs or related sequences. CREB and ATF2 do not heterodimerize but they rather compte for DNA-binding. In contrast, the bZIP proteins CREB2/ATF4, ATF5 and C/EBP heterodimerize with each other but not with CREB or ATF2. CREB2/ATF4, ATF5 and C/EBP transactivate the asparagine synthetase gene but has no or marginal effect on CRE-controlled genes. Furthermore, CREB2/ATF4, ATF5 and C/EBP mediate the activation of the asparagine synthetase gene transcription induced by amino acid deprivation. In a second series of experiments the regulation of the inducible nitric oxide synthase (iNOS) has been investigated as a result of Toll-like receptor stimulation. The results show that stress-activated protein kinases and the bZIP proteins ATF2 and/or c-Jun are involved in the upregulation of iNOS gene following stimulation. Finally the regulation of the c-Jun and c-Fos encoding genes has been investiagted in pituitary cells. Stimulation of the gonadotropin-releasing hormone receptor and the muscarinic acetylcholine receptor type III stimulated c-Jun and c-Fos expression indicating that bZIP transcription factor synthesis is controlled by extracellular signals.

Basic Region Leucin Zipper (bZIP) Transkriptionfaktoren sind Proteine, die an spezifische Sequenzen im Promotor binden und dadurch die Transkription dieser Gene entweder aktivieren oder hemmen. Das bekannteste Mitglied der bZIP-Familie is das "cAMP responsive element" (CRE)-bindende Protein CREB, welches an die CRE-Consensussequenz bindet. Um die Gen-Regulation durch bZIP-Transkriptionfaktoren zu untersuchen, wurden konstutiv-aktive und dominant-negative-mutanten verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass die GTP cyclohydrolase I, Sekretogranin II, Tumornekrosefaktor alpha und Egr-1 kodierende Gene durch CREB und ATF2 via CRE-Bindungsmotive oder ähnliche Sequenzen reguliert werden. CREB und ATF2 bilden keine Heterodimere, sonderen konkurrieren um dieselbe DNA-Bindungsstelle. Im Gengensatz dazu bilden die bZIP-Proteine CREB2/ATF4, ATF5 und C/EBP zwar untereinander Heteodimere, jedoch dimersieren sie nicht mit CREB oder ATF2. CREB2/ATF4, ATF5 und C/EBP haben keinen order nur geringen Einfluss auf CRE-regulierte Gene. CREB2/ATF4, ATF5 und C/EBP transaktivieren das Asparaginsynthtasegen und regulieren dessen Transkription nach Entzug von Aminosäuren im Kulturmedium. In einer zweiten Studie wurde die Regulation der induzierbaren Stickstoffmonoxidsynthase (iNOS) untersucht. Die Transkription des iNOS-Gens wird nach Stimulation des "toll-like" Rezeptors 4 aktiviert. Die Ergebnisse zeigen, dass stressaktivierte Proteinkinasen und die bZIP Proteine ATF2 und/oder c-Jun die Aktivierung der iNOS-Gentranskription vermitteln. Schließlich wurde die Regulation von c-Jun und c-Fos kodierenden Genen in pituitary Zellen untersucht. Die Stimulation des "Gonadotropin-Releasing-Hormone Rezeptors" oder des muskarinishen-Acetylcholin-Rezeptors Typ III führte zur Aktivierung des c-Jun und des c-Fos-Gens. Dies zeigt, dass die Biosynthese der bZIP-Proteine c-Jun und c-Fos durch extrazelluläre Stimuli kontrolliert wird.