Transcriptional regulation of ccaat enhancer binding protein alpha (CEBPA)

Abstract

Karşılaştırmalı genomik, çeşitli uygulama yöntemlerini barındıran iyi bilinen bir metottur. Farklı türler arasındaki intergenik DNA sekans dizilerini karşılaştırarak, korunmuş fonksiyonun korunmuş gen ifadesine götüreceği ve bunun da korunmuş regülasyonu göstereceği varsayılarak, bir genin enhancer ve benzeri potansiyel regüle edici sekanslarını tanımlayabilmek mümkündür. EMT ve MET, hücrelerin ifade edilen genlerini değiştirmelerinde ve düzenli olarak epitelyal ve mezenkimal fenotipler arasında geçiş yapabilmeleri için önemli biyolojik olaylardır. Epitelyal hücrelerin tanınmasında rol oynayan bir markör olan E-kaderin gen ifadesi, cevaplanması istenilen soruların merkezinde durmaktadır. E-kaderin ifadesine etki ettiği bilinen her türlü faktör MET'nin mekanizmalarını aydınlatmada önemlidir. Bir önceki projemizde, Cebpa ifadesinin MET prosesinde E-kaderin ile korelasyon içinde olduğu görülmüştür. Cebpa epitelyal fenotip ile yüksek korelasyon göstermiş ve MET'de E-kaderin ifadesi yükselirken, Cebpa gen ifade düzeyi de artımıştır, EMT'de ise düşmüştür. Bu bilgilerin ışığında, Cebpa geninin EMT-MET olaylarında önemli bir role sahip olabileceği ve MET'de Cebpa'nın regülasyon ve fonksiyonunun kritik öneme sahip olabileceği hipotezi kurulmuştur.Cebpa'nın susturulduğu in-vitro deneyler kurulan hipoteze destek veren sonuçlar göstermiştir. Mezenkimal durumdaki hücrelerde Cebpa susturulduğunda, MET prosesinin bloke olduğu ve hücrelerin epitelyal duruma geri dönemedikleri görülmüştür. Bu sebeple Cebpa'nın regülasyonunun ortaya çıkarılması ihtiyacı doğmuştur. Cebpa'nın potansiyel regülatörlerini tanımlayabilmek için, Cebpa'nın 23kb uzunluğundaki gen bölgesindeki korunmuş sekans dizilerinde cis-acting elementler ve trans-acting faktörler analiz edilmiş ve ortak transkripsiyon faktörleri tanımlanmıştır. Gen ifade profillerinin halka açık olarak paylaşıldığı GEO veri tabanından Cebpa'nın yüksek düzeyde ifade edildiği aynı dokuya ait veri setleri biyoinformatik yöntemler ile analiz edilmiş ve ortak transkripsiyon faktörleri tanımlanmıştır. Korunmuş bölgelerden elde edilen sonuçlar ile veri setleri karşılaştırılmış ve Cebpa'nın olası regülatörleri seçilmiştir.Araştırmanın bulguları doğrultusunda, hem lokasyon hem de sekans dizisi olarak korunmuş transkripsiyon faktörlerinden biri olan Jarid2, Cebpa'nın potansiyel bir regülatörü olarak tanımlanmıştır. Bu iki faktör de, farklılaşma, transkripsiyonel baskılama ve erken gelişimde rol oynamaktadır. Jarid2 ile yüksek etkileşimi olan Prc2 genindeki mutasyon ise, Cebpa'nın mutasyonuna yol açarak Akut Miyeloid Lösemi'ye (AML) sebep olmaktadır.

Comparative genomics is a well-known method with diverse applications. By comparing intergenic DNA sequences among different species, one can identify potential regulatory sequences such as enhancers, by assuming that conserved function would lead to conserved expression, thus conserved regulation.EMT and MET are crucial biological processes where the cells can alter their expressed genes and consequently shift between epithelial and mesenchymal phenotypes. Since the E-cadherin expression -which is the identifier marker for epithelial cells- sits on the center of the questions that need to be answered, any factors that were known to play a role affecting the E-cad expression needs to be addressed in order to reveal the mechanisms of MET process. Cebpa was shown to be correlated with E-cadherin in MET in our previous project, where Cebpa has a high correlation with epithelial phenotype, and increased expression alongside with Cdh1 (E-cad) in MET, and decreased levels in EMT. In the view of such evidence, it was hypothesized that Cebpa might have an essential role in EMT-MET processes and its regulation and function can be crucial in MET.The in-vitro experiments of Cebpa knockdown in MET also showed supporting results for the hypothesis. When Cebpa was silenced in mesenchymal state cells, they were not able to return to their epithelial state in MET, the process was blocked. Therefore the regulation of Cebpa was needed to be addressed more. In order to identify putative regulators of Cebpa, cis-acting elements and trans-acting factors were identified among conserved regions of Cebpa 23kb region and common TFBSs were observed. GEO datasets of publicly available gene expression profiles of the same tissue where Cebpa was known to be expressed in high levels were analyzed with bioinformatics tools and common TFs were identified among the datasets. The results of conserved regions and GEO datasets were compared and putative regulator(s) of Cebpa was selected.According to the findings of this study, Jarid2 is a possible candidate of Cebpa regulation since it was one of the conserved TFs both in location and in sequence information. The two factors are both have a role in differentiation, transcriptional repression and early development, and mutation in Prc2 which is highly interacting with Jarid2 also causes mutation in Cebpa that leads a way to Acute Myeloid Leukemia (AML).