RNAポリメラーゼIIサブユニットhRPB11bαのヒトアイソフォームは転写因子ATF4と特異的に相互作用する

The Human Isoform of RNA Polymerase II Subunit hRPB11bα Specifically Interacts with Transcription Factor ATF4.

• Sergey A Proshkin
• Elena K Shematorova
• George V Shpakovski

抄録

真核生物のRNAポリメラーゼIIのRpb11サブユニットは、真核生物のαサブユニットのN末端ドメインに関連しており、原核生物のαホモダイマーに類似したRpb3サブユニットと複合体を形成し、RNAポリメラーゼの組み立てやプロモーターの認識に関与している。ヒトでは、主にそれらの短いC末端領域で異なるいくつかのhRPB11タンパク質をコードする可能性のある遺伝子ファミリーが同定されている。ヒトでは、異なるヒト特異的アイソフォームの機能については、主に不明な点が多い。RNAポリメラーゼIIサブユニットhRPB11bαのマイナーなヒト特異的アイソフォームをさらに特徴づけるために、我々はヒト胎児脳cDNAライブラリーの酵母2ハイブリットスクリーニングのベイトとして使用しました。その結果、転写因子ATF4がマイナーRNAポリメラーゼII（RNAP II）サブユニットhRPB11bαの有力なパートナーであることを明らかにした。その結果、hRPB11bαはATF4のC末端に位置するロイシンb-Zipドメインと相互作用していることを明らかにした。ATF4を過剰発現させるとレポーターは10倍以上活性化され、hRPB11bαを共導入するとATF4の活性化は2.5倍に増加した。我々のデータは、ヒトRNAP IIのメイン（hRPB11サブユニットのメジャーフォーを含む）およびマイナー（POLR2JサブユニットのhRPB11bαアイソフォームを含む）転写酵素とATF4との相互作用のモードが、第1のケースではhRPB3-ATF4（hRPB11a-ATF4ではない）、第2のケースではhRpb11bα-ATF4プラットフォームが関与する2つの複合体において確実に異なっていることを示している。hRPB11bαとATF4の相互作用は、この転写因子によって制御される遺伝子プロモーター上のhRPB11サブユニットのマイナーアイソフォーム（POLR2J）を含むRNAポリメラーゼIIの活性化に必要であるように思われる。ATF4は、メディエーターを介在させることなく、α様サブユニットのヘテロ二量体（Rpb3-Rpb11）の領域のRNAポリメラーゼIIに直接接触することで転写を活性化するため、所望の遺伝子の転写を迅速かつ高効率に活性化することができる。サブユニットhRPB11の複数のアイソフォームを含むRNAポリメラーゼII（POLR2J）では、hRPB11-ATF4相互作用の強さはアイソフォーム特異的であるように見え、Rpb11サブユニットの以前に発見されたヒトの形態の間の最初の機能的な区別を提供します。

Rpb11 subunit of RNA polymerase II of Eukaryotes is related to N-terminal domain of eubacterial α subunit and forms a complex with Rpb3 subunit analogous to prokaryotic α homodimer, which is involved in RNA polymerase assembly and promoter recognition. In humans, a gene family has been identified that potentially encodes several hRPB11 proteins differing mainly in their short C-terminal regions. The functions of the different human specific isoforms are still mainly unknown. To further characterize the minor human specific isoform of RNA polymerase II subunit hRPB11bα, the only one from hRPB11 (POLR2J) homologues that can replace its yeast counterpart in vivo, we used it as bait in a yeast two-hybrid screening of a human fetal brain cDNA library. By this analysis and subsequent co-purification assay in vitro, we identified transcription factor ATF4 as a prominent partner of the minor RNA polymerase II (RNAP II) subunit hRPB11bα. We demonstrated that the hRPB11bα interacts with leucine b-Zip domain located on the C-terminal part of ATF4. Overexpression of ATF4 activated the reporter more than 10-fold whereas co-transfection of hRPB11bα resulted in a 2.5-fold enhancement of ATF4 activation. Our data indicate that the mode of interaction of human RNAP II main (containing major for of hRPB11 subunit) and minor (containing hRPB11bα isoform of POLR2J subunit) transcription enzymes with ATF4 is certainly different in the two complexes involving hRPB3-ATF4 (not hRPB11a-ATF4) and hRpb11bα-ATF4 platforms in the first and the second case, respectively. The interaction of hRPB11bα and ATF4 appears to be necessary for the activation of RNA polymerase II containing the minor isoform of the hRPB11 subunit (POLR2J) on gene promoters regulated by this transcription factor. ATF4 activates transcription by directly contacting RNA polymerase II in the region of the heterodimer of α-like subunits (Rpb3-Rpb11) without involving a Mediator, which provides fast and highly effective activation of transcription of the desired genes. In RNA polymerase II of that contains plural isoforms of the subunit hRPB11 (POLR2J), the strength of the hRPB11-ATF4 interaction appeared to be isoform-specific, providing the first functional distinction between the previously discovered human forms of the Rpb11 subunit.