En genética molecular , la familia de factores de transcripción tipo Krüppel ( KLF ) son un conjunto de proteínas eucariotas de unión al ADN con dedos de zinc C2H2 que regulan la expresión génica . Esta familia se ha ampliado para incluir también el factor de transcripción Sp y proteínas relacionadas, formando la familia Sp/KLF . [1]
Los siguientes genes humanos codifican factores similares a Kruppel: KLF1 , KLF2 , KLF3 , KLF4 , KLF5 , KLF6 , KLF7 , KLF8 , KLF9 , KLF10 , KLF11 , KLF12 , KLF13 , KLF14 , KLF15 , KLF16, KLF17 .
Los siguientes genes son factores Sp: Sp1 , Sp2 , Sp3 , [2] Sp4 , Sp5, Sp6, Sp7 , Sp8 y Sp9.
Tenga en cuenta que aunque KLF14 era un alias para Sp6 ( Q3SY56 ), ahora se refiere a una proteína ( Q8TD94 ) derivada de KLF16 por un evento de retrotransposón. [3]
Los KLF/Sps son una familia de factores de transcripción que contienen tres motivos estructurales de dedos de zinc de tipo C2H2 carboxilo-terminal ( C-terminal ) que se unen a las regiones ricas en GC en el ADN y regulan varias funciones celulares, como la proliferación , la diferenciación y la apoptosis , así como el desarrollo y la homeostasis de varios tipos de tejido. El extremo C-terminal se une a las regiones promotora y potenciadora de un gen. Cada KLF también tiene un extremo amino-terminal ( N-terminal ) único que actúa como el dominio funcional que le permite unirse específicamente a un determinado socio. Los KLF comparten la función similar de regulación de la transcripción a través del reclutamiento de proteínas reguladoras . Estos factores de transcripción tienen una homología estructural conservada entre especies de mamíferos, lo que permite una función similar debido a motivos de interacción de proteínas similares en los dominios N-terminales. El extremo C-terminal también está altamente conservado, ya que tanto el primer como el segundo dedo de zinc tienen 25 aminoácidos, mientras que el tercero tiene 23 aminoácidos. Cada uno de los tres dedos de zinc reconoce tres pares de bases únicos para sus sitios de unión al ADN, que juntos forman la forma general NCR CRC CCN (donde N es cualquier base y R es una purina). Existe cierta evidencia de que los aminoácidos cargados positivamente dentro de los tres dedos de zinc pueden contribuir a la localización de la proteína en el núcleo. [5] El extremo N-terminal permite la unión de varios coactivadores , correpresores y modificadores . [4] Todos los miembros de la familia comparten la firma de dedo de zinc KLF-DBD y utilizan un 9aaTAD . [3]CxxxxCxxxxxxxxxxxxHxxxHxxxxxxxCxxxxCxxxxxxxxxxxxHxxxHxxxxxxxCxxCxxxxxxxxxxxxHxxxH
Los KLF se dividen en tres subgrupos: el grupo 1 (KLF 3, 8 y 12) son represores a través de la interacción con la proteína de unión C-terminal 1 y 2 ( CtBP1 y CtBP2 ). El grupo 2 (KLF 1, 2, 4, 5, 6 y 7) son activadores de la transcripción . El grupo 3 (KLF 9, 10, 11, 13, 12 y 16) tiene actividad represora a través de la interacción con el correpresor transcripcional común, Sin3A . Los KLF 15 y 17 están distantemente relacionados sin ningún motivo de interacción proteica definido. [4]
Los miembros de la familia Sp divergieron de los KLF desde Filozoa . Por lo general, se dividen en dos grupos: Sp1-4 y Sp5-9. Una de las características es la "caja Btd" CxCPxCque precede al KLF-DBD. [3]
La proliferación de genes KLF, presumiblemente de un KLF ancestral, también es interesante. En algunos casos, diferentes miembros de la familia se expresan en diferentes tejidos. El primer KLF, KLF1 , originalmente conocido como KLF eritroide (EKLF), se expresa solo en glóbulos rojos y megacariocitos . Impulsa la diferenciación de los glóbulos rojos y reprime la formación de megacariocitos. Parece que ha surgido como un miembro de la familia KLF que tiene un papel particular en estos dos linajes sanguíneos. [6] Otros KLF se expresan de forma más amplia y existen interacciones entre los miembros de la familia. KLF3 , por ejemplo, es impulsado por KLF1, al igual que KLF8 . [7] Por otro lado, KLF3 reprime KLF8 . Esta regulación cruzada ocurre ampliamente en las familias de factores de transcripción. Muchos genes de factores de transcripción regulan sus propios promotores y cuando un gen se duplica durante la evolución, a menudo se produce una regulación cruzada. La regulación cruzada puede garantizar que se controle y monitoree la cantidad total de KLF en la célula.
Finalmente, las funciones biológicas de los KLF son de amplio interés. KLF1 es un factor muy importante en la biología de los glóbulos rojos. Las mutaciones humanas naturales en el gen KLF1 se han asociado con la desrepresión del gen de la globina fetal. [8] KLF2 (originalmente Lung KLF [9] ) también tiene un papel en la expresión del gen de la globina embrionaria , [10] al igual que KLF3 (originalmente Basic KLF). KLF3 también tiene papeles en la formación de adipocitos o grasa, y en los linfocitos B. Recientemente, se demostró que KLF3 es importante en el desarrollo del corazón. KLF4 (originalmente Gut KLF) es un gen importante en el intestino y la piel, pero más recientemente ha ganado prominencia como uno de los cuatro genes que pueden reprogramar las células del cuerpo para convertirse en células madre. [KLF4] es uno de los llamados cuatro factores de transcripción mágicos, KLF4 , Oct4, Sox2 y Myc. KLF5 , al igual que KLF3 , es importante en los adipocitos [11] y KLF6 es un gen supresor de tumores importante, que a menudo está mutado en los cánceres de próstata. [12]
KLF3 tiene un motivo corto en el extremo N (de la forma Prolina-Isoleucina-Aspartato-Leucina-Serina o PIDLS) que recluta a CtBP1 y 2. [13] CtBP a su vez recluta enzimas modificadoras de histonas. Incorpora histonas desacetilasas, histonas desmetilasas y histonas metilasas, que se cree que eliminan las marcas activas de la cromatina y depositan marcas represivas para eliminar la expresión génica.
Klf4, también conocido como factor similar a Krüppel enriquecido en el intestino (GKLF), actúa como un activador o represor transcripcional dependiendo del contexto del promotor y/o la cooperación con otros factores de transcripción. Por ejemplo, Klf4 transactiva el promotor iNOS en cooperación con p65 ( RelA ), y el promotor p21Cip1 /Waf1 en cooperación con p53 , pero suprime directamente el promotor p53 e inhibe la actividad del promotor de la ornitina descarboxilasa ( ODC ) al competir con la proteína de especificidad-1 ( Sp-1 ). Klf4 también interactúa con los coactivadores de transcripción p300/CBP . A Klf5, también conocido como factor intestinal enriquecido tipo Krüppel (IKLF) o proteína básica de unión al elemento de transcripción 2 (Bteb2), se le ha asignado una actividad de activación puramente transcripcional pero, de manera similar a Klf4, se une a p300 que acetila el primer dedo de zinc, lo que le confiere una función transactivadora. Es importante destacar que para Klf4 y Klf5, los aminoácidos que se prevé que interactúen con el ADN son idénticos y que ambos compiten por el mismo elemento CACCC o secuencia rica en GC de la región promotora del gen para regular la proliferación celular o la expresión génica relacionada con la diferenciación. Klf4 y Klf5 pueden actuar de manera antagónica durante la proliferación celular, la diferenciación y la activación del promotor, ya sea a través de una competencia directa o a través de alteraciones en su propia expresión génica. La expresión de Klf4 en células epiteliales intestinales postmitóticas terminalmente diferenciadas, en oposición a las células de las criptas en proliferación que contienen altos niveles de Klf5, es un ejemplo de tales efectos opuestos. Klf4 inhibe la proliferación a través de la activación de p21Cip1/Waf1 y la supresión directa de la expresión de los genes ciclina D1 y ciclina B1 . Tanto las proteínas Klf4 como Klf5 actúan sobre el promotor Klf4, donde Klf4 aumenta la expresión y Klf5 disminuye la expresión del ARNm de Klf4. La vía de señalización Wnt / APC también desempeña un papel importante en la regulación de la expresión de KLF4. La LOH , las mutaciones puntuales en la región codificante y la hipermetilación del promotor son las principales causas del silenciamiento del gen klf4.
Klf4 se regula positivamente en la lesión vascular. Reprime drásticamente la activación inducida por SRF/miocardina de la expresión génica e inhibe directamente la expresión génica de la miocardina en las células musculares lisas vasculares (VSMC), inhibiendo así la transición a un fenotipo proliferativo. Además, Klf4 se ha identificado como un gen antiproliferativo sensible al estrés de corte, y la sobreexpresión forzada de Klf4 en VSMC induce un arresto del crecimiento. Por lo tanto, Klf4 puede ser un factor protector importante en estados patológicos afectados por el estrés de corte, como la trombosis , la reestenosis y la aterosclerosis . Klf4 también media la respuesta vascular al óxido nítrico (NO) activando los promotores de la óxido nítrico sintasa inducible (iNOS) en las células endoteliales y la proteína quinasa 1α dependiente de cGMP/proteína quinasa G 1α ( PKG 1α ) en las VSMC. La PKG 1α es activada por el NO y media la relajación de las células musculares lisas vasculares. Este efecto transactivador de Klf4 sobre el promotor de la PKG 1α es inhibido por la polimerización de actina inducida por RhoA, posiblemente a través de la regulación por G-actina de un coactivador o correpresor de Klf4. Las vías de señalización de RhoA y la activación de RhoA están implicadas en la hipertensión y el aumento de la resistencia vascular, lo que en cierta medida se puede explicar por esta interacción con Klf4 y sus efectos sobre la respuesta al NO. Klf5 no tiene efecto sobre el promotor de la PKG 1α, aunque la expresión proteica y la localización nuclear de Klf5 fueron similares a las de Klf4.
La activación de KLF-2 se ha asociado con el flujo sanguíneo laminar, una fuerza protectora clave en las paredes arteriales que ayuda a prevenir la aterosclerosis, ya que induce un fenotipo protector en las células endoteliales. En regiones de baja tensión de cizallamiento, KLF-2 inhibe un complejo mecanosensorial compuesto por la molécula de adhesión de células endoteliales plaquetarias (PECAM-1), la cadherina endotelial vascular (VE-cadherina) y el receptor 2/3 del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGFR2/3). [14]
Se sabe poco sobre los Klfs en el miocardio. Klf5 activa el promotor del agonista hipertrófico factor de crecimiento derivado de plaquetas ( PDGFA ) en fibroblastos cardíacos , un factor identificado previamente como regulado positivamente por ET-1, y los ratones transgénicos Klf5+/- heterocigotos (descritos anteriormente) exhibieron menos fibrosis cardíaca e hipertrofia cuando fueron estimulados con angiotensina II en comparación con los controles. [14] Klf5 está regulado por el gen temprano inmediato egr-1 en VSMC, que, si se regula de manera similar en el cardiomiocito, coloca a Klf5 potencialmente en una posición para coordinar la respuesta aguda al estrés externo y la remodelación tisular en el miocardio .
La comprensión de la estructura y la función de los KLF ha servido para diseñar factores de transcripción artificiales. Se pueden construir dedos de zinc artificiales para reconocer sitios seleccionados en el ADN y se pueden agregar dominios funcionales artificiales para activar o reprimir genes que contengan estos sitios.