The single-strand DNA/RNA-binding protein, Purβ, regulates serum response factor (SRF)-mediated cardiac muscle gene expression

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Abstract

Single-strand DNA-binding proteins, Purα and Purβ, play a role in cell growth and differentiation by modulating both transcriptional and translational controls of gene expression. We have previously characterized binding of Purα and Purβ proteins to a purine-rich negative regulatory (PNR) element of the rat cardiac α-myosin heavy chain (MHC) gene that controls cardiac muscle specificity. In this study we investigated the role of upstream sequences of the α-MHC promoter in Purβ-mediated gene repression. In the transient transfection analysis overexpression of Purβ revealed a negative regulatory effect on serum response factor (SRF)-dependent α-MHC and α-skeletal actin expression in muscle cell background. Contrary, in nonmuscle cells, Purβ showed no repressive effect. The results obtained from gel-shift assays demonstrated a sequence specific competitive binding of Purβ to the minus strand of the SRF-binding, CArG box sequences of different muscle genes, but not to the SRF-binding, SRE sequences of the c-fos gene. These element-specific associations of Purβ with muscle CArG boxes may, in part, explain why muscle gene expression is downregulated in disease states in which Purβ levels are elevated. This data also provide a mechanistic distinction between muscle CArG boxes and nonmuscle serum response element (SRE) sequences in terms of their affinity to bind to SRF and their ability to regulate cell-specific gene expression.

Les protéines Purα et Purβ, qui se lient à l'ADN monocaténaire, jouent un rôle dans la croissance et la différenciation cellulaire en modulant les régulations transcriptionnelles et traductionnelles de l'expression génique. Dans une étude antérieure, nous avons caractérisé la liaison des protéines Purα et Purβ à un élément régulateur négatif riche en proline (PNR) du gène de la chaîne lourde de l'α-myosine (CLM) cardiaque du rat qui régule la spécificité génique dans le muscle cardiaque. Dans la présente étude, nous avons examiné le rôle des séquences en amont du promoteur de l'α-CLM dans la répression des gènes véhiculés par les protéines Purβ. L'analyse en transfection transitoire de l'expression des protéines Purβ a révélé un effet régulateur négatif de l'expression, véhiculée par le facteur SRF, des gènes de l'α-CLM et de l'actine α-squelettique dans les cellules musculaires. À l'opposé, les Purβ des cellules non musculaires n'ont montré aucun effet de répression génique. Les résultats obtenus d'essais de retard sur gel ont démontré une liaison compétitive spécifique de la séquence Purβ au brin négatif des séquences CArG se liant au SRF de différents gènes musculaires, mais non pas aux séquences SRE du gène c-fos se liant au SRF. Ces associations spécifiques de l'élément entre les protéines Purβ et les boîtes CArG musculaires pourraient, en partie, expliquer pourquoi l'expression des gènes musculaires est atténuée dans les maladies où les taux de protéines Purβ sont élevés. Ces résultats font aussi une distinction mécaniste entre les boîtes CArG musculaires et les séquences SRE non musculaires du point de vue de leur affinité de liaison au SRF et de leur capacité à réguler l'expression génique spécifique des cellules.

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