RESUMO
The LIM only protein 2 (LMO2) is a key regulator of hematopoietic stem cell development whose ectopic expression in T cells leads to the onset of acute lymphoblastic leukemia. Through its LIM domains, LMO2 is thought to function as the scaffold for a DNA-binding transcription regulator complex, including the basic helix-loop-helix proteins SCL/TAL1 and E47, the zinc finger protein GATA-1, and LIM-domain interacting protein LDB1. To understand the role of LMO2 in the formation of this complex and ultimately to dissect its function in normal and aberrant hematopoiesis, we solved the crystal structure of LMO2 in complex with the LID domain of LDB1 at 2.4 Å resolution. We observe a largely unstructured LMO2 kept in register by the LID binding both LIM domains. Comparison of independently determined crystal structures of LMO2 reveals large movements around a conserved hinge between the LIM domains. We demonstrate that such conformational flexibility is necessary for binding of LMO2 to its partner protein SCL/TAL1 in vitro and for the function of this complex in vivo. These results, together with molecular docking and analysis of evolutionarily conserved residues, yield the first structural model of the DNA-binding complex containing LMO2, LDB1, SCL/TAL1, and GATA-1.
Assuntos
Proteínas de Ligação a DNA/química , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Metaloproteínas/química , Metaloproteínas/genética , Proteínas Oncogênicas/química , Proteínas Oncogênicas/genética , Oncogenes , Proteínas Adaptadoras de Transdução de Sinal , Sequência de Aminoácidos , Substituição de Aminoácidos , Animais , Animais Geneticamente Modificados , Sequência de Bases , Fatores de Transcrição Hélice-Alça-Hélice Básicos/química , Fatores de Transcrição Hélice-Alça-Hélice Básicos/genética , Fatores de Transcrição Hélice-Alça-Hélice Básicos/metabolismo , Sítios de Ligação , Cristalografia por Raios X , Primers do DNA/genética , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Evolução Molecular , Fator de Transcrição GATA1/química , Fator de Transcrição GATA1/genética , Fator de Transcrição GATA1/metabolismo , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento , Células HEK293 , Hematopoese/genética , Hematopoese/fisiologia , Humanos , Técnicas In Vitro , Proteínas com Domínio LIM , Metaloproteínas/metabolismo , Modelos Moleculares , Dados de Sequência Molecular , Complexos Multiproteicos , Mutagênese Sítio-Dirigida , Proteínas Oncogênicas/metabolismo , Conformação Proteica , Estrutura Terciária de Proteína , Proteínas Proto-Oncogênicas/química , Proteínas Proto-Oncogênicas/genética , Proteínas Proto-Oncogênicas/metabolismo , Proteínas Recombinantes de Fusão/química , Proteínas Recombinantes de Fusão/genética , Proteínas Recombinantes de Fusão/metabolismo , Homologia de Sequência de Aminoácidos , Eletricidade Estática , Proteína 1 de Leucemia Linfocítica Aguda de Células T , Fatores de Transcrição/química , Fatores de Transcrição/genética , Fatores de Transcrição/metabolismo , Técnicas do Sistema de Duplo-Híbrido , Peixe-Zebra/embriologia , Peixe-Zebra/genéticaRESUMO
Cell fate is governed by combinatorial actions of transcriptional regulators assembling into multiprotein complexes. However, the molecular details of how these complexes form are poorly understood. One such complex, which contains the basic-helix-loop-helix heterodimer SCL:E47 and bridging proteins LMO2:LDB1, critically regulates hematopoiesis and induces T cell leukemia. Here, we report the crystal structure of (SCL:E47)bHLH:LMO2:LDB1LID bound to DNA, providing a molecular account of the network of interactions assembling this complex. This reveals an unexpected role for LMO2. Upon binding to SCL, LMO2 induces new hydrogen bonds in SCL:E47, thereby strengthening heterodimer formation. This imposes a rotation movement onto E47 that weakens the heterodimer:DNA interaction, shifting the main DNA-binding activity onto additional protein partners. Along with biochemical analyses, this illustrates, at an atomic level, how hematopoietic-specific SCL sequesters ubiquitous E47 and associated cofactors and supports SCL's reported DNA-binding-independent functions. Importantly, this work will drive the design of small molecules inhibiting leukemogenic processes.
Assuntos
DNA/química , Hematopoese/genética , Proteínas com Domínio LIM/química , Simulação de Acoplamento Molecular , Transcrição Gênica , Sequência de Aminoácidos , Animais , Sítios de Ligação , Linhagem Celular Tumoral , DNA/metabolismo , Células HEK293 , Humanos , Proteínas com Domínio LIM/genética , Proteínas com Domínio LIM/metabolismo , Camundongos , Simulação de Dinâmica Molecular , Dados de Sequência Molecular , Mutação , Multimerização Proteica , Peixe-ZebraRESUMO
RUNX1 is known to be an essential transcription factor for generating hematopoietic stem cells (HSC), but much less is known about its role in the downstream process of hematopoietic differentiation. RUNX1 has been shown to be part of a large transcription factor complex, together with LDB1, GATA1, TAL1, and ETO2 (N. Meier et al., Development 133:4913-4923, 2006) in erythroid cells. We used a tagging strategy to show that RUNX1 interacts with two novel protein partners, LSD1 and MYEF2, in erythroid cells. MYEF2 is bound in undifferentiated cells and is lost upon differentiation, whereas LSD1 is bound in differentiated cells. Chromatin immunoprecipitation followed by sequencing (ChIP-seq) and microarray expression analysis were used to show that RUNX1 binds approximately 9,000 target sites in erythroid cells and is primarily active in the undifferentiated state. Functional analysis shows that a subset of the target genes is suppressed by RUNX1 via the newly identified partner MYEF2. Knockdown of Myef2 expression in developing zebrafish results in a reduced number of HSC.