The NRF-1/α-PAL transcription factor regulates human E2F6 promoter activity

E2F6 is widely expressed in human tissues and cell lines. Recent studies have demonstrated its involvement in developmental patterning and in the regulation of various genes implicated in chromatin remodelling. Despite a growing number of studies, nothing is really known concerning the E2F6 expression regulation. To understand how cells control E2F6 expression, we analysed the activity of the previously cloned promoter region of the human E2F6 gene. DNase I footprinting, gel electrophoretic-mobility shift, transient transfection and site-directed mutagenesis experiments allowed the identification of two functional NRF-1/α-PAL (nuclear respiratory factor-1/α-palindrome-binding protein)-binding sites within the human E2F6 core promoter region, which are conserved in the mouse and rat E2F6 promoter region. Moreover, ChIP (chromatin immunoprecipitation) analysis demonstrated that overexpressed NRF-1/α-PAL is associated in vivo with the E2F6 promoter. Furthermore, overexpression of full-length NRF-1/α-PAL enhanced E2F6 promoter activity, whereas expression of its dominant-negative form reduced the promoter activity. Our results indicate that NRF-1/α-PAL is implicated in the regulation of basal E2F6 gene expression.

The role of transcription factor Pitx1 and its regulation by hypoxia in Adolescent Idiopathic Scoliosis

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est définie comme une courbure de la colonne vertébrale supérieure à 10 degrés, qui est de cause inconnue et qui affecte de façon prépondérante les adolescents. Des études précédentes sur des modèles murins ont démontré une inactivation partielle du gène Pitx1. Cette inactivation partielle provoque une déformation spinale sévère lors du développement des souris Pitx1+/-, ce qui est grandement similaire au phénotype de la SIA. En se basant sur ces observations, nous postulons que la perte de fonction de Pitx1 pourrait avoir un rôle dans la SIA et pourrait être régulée par des mécanismes moléculaires spécifiques. En effet, des études faites sur l’expression de Pitx1 révèlent une perte de son expression dans les ostéoblastes dérivés de patients SIA au niveau de l’ARNm. Nous émettons l’hypothèse que la perte de Pitx1 dans la SIA pourrait être déclenchée par des facteurs hypoxiques puisqu’il est connu que Pitx1 est réprimé par l’hypoxie et que HIF-2 alpha est surexprimés dans les ostéoblastes des patients SIA même dans des conditions normoxiques. De plus, nous avons découvert une mutation dans le domaine ODD des HIF-1 alpha chez certains patients SIA (3,1%). Une fonction connue de ce domaine est de stabiliser et d’augmenter l’activité transcriptionnelle de HIF-1 alpha dans des conditions normoxiques. Nous avons confirmé, par la technique EMSA, l’existence d’un élément de réponse fonctionnel à l’hypoxie au niveau du promoteur de Pitx1. Cependant, des co-transfections avec des vecteurs d’expression pour HIF-1 alpha et HIF-2 alpha, en présence de leur sous-unité beta ARNT, ont conduit à une activation du promoteur de Pitx1 dans la lignée cellulaire MG-63 ainsi que dans les ostéoblastes des sujets contrôles. Il est intéressant de constater qu’aucune activité du promoteur de Pitx1 dans les ostéoblastes SIA n’a été observée, même après la co-expression de HIF-2 alpha et ARNT, confirmant le fait que l’expression de Pitx1 est abrogée dans la SIA. Dans l’ensemble, nos résultats démontrent un rôle important de Pitx1 dans la SIA et une possible régulation par des facteurs hypoxiques.

Analyse de la localisation génomique et identification de nouvelles fonctions des sous-unités Rpb4/Rpb7 de l’ARN polymérase II et des facteurs TFIIF, TFIIS et UBR5

Grâce à un grand nombre d’études biochimiques, génétiques et structurales effectuées dans les dernières années, des avancements considérables ont été réalisés et une nouvelle vision du processus par lequel la machinerie transcriptionnelle de l’ARN polymérase II (Pol II) décode l’information génétique a émergé. De nouveaux indices ont été apportés sur la diversité des mécanismes de régulation de la transcription, ainsi que sur le rôle des facteurs généraux de transcription (GTFs) dans cette diversification. Les travaux présentés dans cette thèse amènent de nouvelles connaissances sur le rôle des GTFs humains dans la régulation des différentes étapes de la transcription. Dans la première partie de la thèse, nous avons analysé la fonction de la Pol II et des GTFs humains, en examinant de façon systématique leur localisation génomique. Les patrons obtenus par immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) des versions de GTFs portant une étiquette TAP (Tandem-Affinity Purification) indiquent de nouvelles fonctions in vivo pour certains composants de cette machinerie et pour des éléments structuraux de la Pol II. Nos résultats suggèrent que TFIIF et l’hétérodimère Rpb4–Rpb7 ont une fonction spécifique pendant l’étape d’élongation transcriptionnelle in vivo. De plus, notre étude amène une première image globale de la fonction des GTFs pendant la réaction transcriptionnelle dans des cellules mammifères vivantes. Deuxièmement, nous avons identifié une nouvelle fonction de TFIIS dans la régulation de CDK9, la sous-unité kinase du facteur P-TEFb (Positive Transcription Elongation Factor b). Nous avons identifié deux nouveaux partenaires d’interaction pour TFIIS, soit CDK9 et la E3 ubiquitine ligase UBR5. Nous montrons que UBR5 catalyse l’ubiquitination de CDK9 in vitro. De plus, la polyubiquitination de CDK9 dans des cellules humaines est dépendante de UBR5 et TFIIS. Nous montrons aussi que UBR5, CDK9 and TFIIS co-localisent le long du gène  fibrinogen (FBG) et que la surexpression de TFIIS augmente les niveaux d’occupation par CDK9 de régions spécifiques de ce gène, de façon dépendante de UBR5. Nous proposons que TFIIS a une nouvelle fonction dans la transition entre les étapes d’initiation et d’élongation transcriptionnelle, en régulant la stabilité des complexes CDK9-Pol II pendant les étapes précoces de la transcription.

Rôles du stress du réticulum endoplasmique et de l'immunité innée dans l'inhibition de la transcription du gène de l'insuline : étude du facteur de transcription ATF6 et du récepteur TLR4

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens.

The role of transcription factor Nrf2 in osteoarthritis

Introduction: L'arthrose est caractérisée par une destruction progressive du cartilage, une inflammation synoviale, et un remodelage de l’os sous-chondral avec une production excessive des médiateurs inflammatoires et cataboliques. Nous avons démontré que le niveau du 4-hydroxynonénal (4-HNE), un produit de la peroxydation lipidique, est augmenté dans le cartilage humain arthrosique sans qu’on sache le mécanisme exacte impliqué dans l’augmentation de cette molécule. Des données de la littérature indiquent que l’accumulation du HNE est contrôlée par l’action de la glutathione S-transférase A4-4 (GSTA4-4), une enzyme impliquée dans la détoxification du HNE. Au niveau transcriptionel, l’expression de cette enzyme est régulée par la transactivation du facteur de transcription Nrf2. Objectif: L’objectif de cette étude vise à démontrer que l’augmentation du HNE dans le cartilage arthrosique est attribuée, en partie, à l’altération de l’expression de la GSTA4-4 et de Nrf2. Méthode: Le niveau d’expression de la GSTA4-4 et de Nrf2 a été mesurée par Western blot et par PCR en temps réel dans le cartilage humain arthrosique et dans le cartilage provenant des souris atteintes d’arthrose. Pour démontrer le rôle du Nrf2 dans l’arthrose, les chondrocytes humains arthrosiques ont été traités par l’interleukine 1beta (IL-1β) ou par le H2O2 en présence ou en absence des activateurs du Nrf2 tels que le Protandim®, AI, et du 6-Gingérol. Par ailleurs, les chondrocytes ont été transfectés par un vecteur d’expression de Nrf2 puis traités par l’IL-β. En utilisant le modèle d’arthrose chez la souris, les animaux ont été traités par voie orale de 10 mg/kg/jour de Protandim® pendant 8 semaines. Résultats: Nous avons observé une diminution significative de l’expression de la GSTA4-4 et de Nrf2 dans le cartilage humain et murin arthrosique. L'activation de Nrf2 bloque la stimulation de la métalloprotéinase-13 (MMP-13), la prostaglandine E2 (PGE2) et de l'oxyde nitrique (NO) par l’IL-1β. En outre, nous avons montré que l'activation Nrf2 protège les cellules contre la mort cellulaire induite par H2O2. Fait intéressant, l'administration orale de Protandim® réduit la production du HNE par l'intermédiaire de l’activation de la GSTA4. Nous avons démontré que le niveau d’expression de la GSTA4-4 et de Nrf2 diminue dans le cartilage provenant des patients et des souris atteints d’arthrose. De plus, la surexpression de ce facteur nucléaire Nrf2 empêche la production du HNE et la MMP-13 et l’inactivation de la GSTA4-4. Dans notre modèle expérimental d’arthrose induite par déstabilisation du ménisque médial chez la souris, nous avons trouvé que l'administration orale de Protandim® à 10 mg / kg / jour réduit les lésions du cartilage. Conclusion: Cette étude est de la première pour démontrer le rôle physiopathologique du Nrf2 in vitro et in vivo. Nos résultats démontrent que l’activation du Nrf2 est essentielle afin de maintenir l’expression de la GSTA4-4 et de réduire le niveau du HNE. Le fait que les activateurs du Nrf2 abolissent la production de la HNE et aussi un certain nombre de facteurs connus pour être impliqués dans la pathogenèse de l’arthrose les rend des agents cliniquement utiles pour la prévention de la maladie.

Characterisation and regulation of E2F-6 and E2F-6b in the rat heart: a potential target for myocardial regeneration?

The E2F transcription factors are instrumental in regulating cell cycle progression and growth, including that in cardiomyocytes, which exit the cell cycle shortly after birth. E2F-6 has been demonstrated to act as a transcriptional repressor; however, its potential role in normal cardiomyocyte proliferation and hypertrophy has not previously been investigated. Here we report the isolation and characterisation of E2F-6 and E2F-6b in rat cardiomyocytes and consider its potential as a target for myocardial regeneration following injury. At the mRNA level, both rat E2F-6 and the alternatively spliced variant, E2F-6b, were expressed in E18 myocytes and levels were maintained throughout development into adulthood. Interestingly, E2F-6 protein expression was down-regulated during myocyte development suggesting that it is regulated post-transcriptionally in these cells. During myocyte hypertrophy, the mRNA expressions of E2F-6 and E2F-6b were not regulated whereas E2F-6 protein was up-regulated significantly. Indeed, E2F-6 protein expression levels closely parallel the developmental withdrawal of myocytes from the cell cycle and the subsequent reactivation of their cell cycle machinery during hypertrophic growth. Furthermore, depletion of E2F-6, using anti-sense technology, results in death of cultured neonatal myocytes. Taken together, abrogation of E2F-6 expression in neonatal cardiomyocytes leads to a significant decrease in their viability, consistent with the notion that E2F-6 might be required for maintaining normal myocyte growth.

Inhibition of E2F abrogates the development of cardiac myocyte hypertrophy

Growth of the post- natal mammalian heart occurs primarily by cardiac myocyte hypertrophy. Previously, we and others have shown that a partial re- activation of the cell cycle machinery occurs in myocytes undergoing hypertrophy such that cells progress through the G(1)/ S transition. In this study, we have examined the regulation of the E2F family of transcription factors that are crucial for the G(1)/ S phase transition during normal cardiac development and the development of myocyte hypertrophy in the rat. Thus, mRNA and protein levels of E2F- 1, 3, and 4 and DP- 1 and DP- 2 were down- regulated during development to undetectable levels in adult myocytes. Interestingly, E2F- 5 protein levels were substantially up- regulated during development. In contrast, an induction of E2F- 1, 3, and 4 and the DP- 1 protein was observed during the development of myocyte hypertrophy in neonatal myocytes treated with serum or phenylephrine, whereas the protein levels of E2F- 5 were decreased with serum stimulation. E2F activity, as measured by a cyclin E promoter luciferase assay and E2F- DNA binding activity, increased significantly during the development of hypertrophy with serum and phenylephrine compared with non- stimulated cells. Inhibiting E2F activity with a specific peptide that blocks E2F- DP heterodimerization prevented the induction of hypertrophic markers ( atrial natriuretic factor and brain natriuretic peptide) in response to serum and phenylephrine, reduced the increase in myocyte size, and inhibited protein synthesis in stimulated cells. Thus, we have shown that the inhibition of E2F function prevents the development of hypertrophy. Targeting E2F function might be a useful approach for treating diseases that cause pathophysiological hypertrophic growth.

DNA methylation, histone modification and the transcription factor dE2F1 in Drosophila

Drosophila melanogaster enthält eine geringe Menge an 5-methyl-Cytosin. Die von mir untersuchte männliche Keimbahn von Drosophila weist jedoch keine nachweisbaren Mengen an DNA-Methylierung auf. Eine künstliche Expression der murinen de novo Methyltransferasen, DNMT3A und DNMT3B1, in den Fliegenhoden, führte nicht zu der erwarteten Methylierungszunahme und hatte keinen Effekt auf die Fruchtbarkeit der Männchen. Auch die gewebespezifische Expression unter der Verwendung des UAS/GAL4-Systems zeigte keine phenotypischen Veränderungen. Hingegen fanden wir auf Protein-Ebene des Chromatins von D. melanogaster und D. hydei spezifische Modifikationsmuster der Histone H3 und H4 in der Keimbahn, wie auch in den somatischen Zellen des Hodenschlauches. Die Modifikationsmuster der beiden Zelltypen unterscheiden sich grundlegend und weichen zudem von dem für Eu- und Heterochromatin erwarteten ab, was auf eine größere Komplexität des „Histon-Codes“ als angenommen hindeutet. Folglich liegt die epigenetische Information in Drosophila wahrscheinlich anstatt auf DNA- auf Protein-Ebene, wodurch Genexpression über die Chromatinstruktur reguliert wird. Es wurde gezeigt, dass der Transkriptionsfaktor E2F, der eine Schlüsselfunktion im Zellzyklus hat, durch unterschiedliche Transkripte offenbar quantitativ reguliert wird. Unsere Nachforschungen ergaben, dass die drei E2F1 Genprodukte in Drosophila neben ihrer Zellspezifität auch in unterschiedlichen Expressionsniveaus auftreten, was die Annahme einer quantitativen Expression unterstützt. Die verschiedenen Funktionen der multiplen Gene in Säugern, könnten so funktionell kompensiert werden. Die durch die Expression dreier dE2F1-Transkripte vermutete Synthese verschiedener Proteine konnte nicht bewiesen werden.

Drugs down-regulating E2F-1 expression hinders cell proliferation through a p53-indipendent mechanism

E2F-1 is a transcription factor that plays a key role in cell-cycle control at G1/S check-point level by regulating the timely expression of many target genes whose products are required for S phase entry and progression. In mammalian cells, E2F-1 is negatively regulated by hypo-phosphorylated Retinoblastoma protein (pRb) whereas it is protected against degradation by its binding to Mouse Double Minute 2 protein (MDM2). In this study we experimented a drug combination in order to obtain a strong down-regulation of E2F-1 by acting on two different mechanisms of E2F-1 regulation mentioned above. This was achieved by combining drugs inhibiting the phosphorylation of pRb with drugs inactivating the MDM2 binding capability. The mechanism of action of these drugs in down-regulating E2F-1 level and activity is p53 independent. As expected, when combined, these drugs strongly inhibits E2F-1 and hinder cell proliferation in p53-/- and p53-mutated cells by blocking them in G1 phase of cell cycle, suggesting that E2F-1 down-regulation may represent a valid chemotherapeutic approach to inhibit proliferation in tumors independently of p53 status.

Dual induction of PKR with E2F-1 and IFN-alpha to enhance gene therapy against hepatocellular carcinoma

Overexpression of the transcription factor E2F-1 induces apoptosis in tumor cells. This apoptotic effect is partly mediated through the induction of the double-stranded RNA-activated protein kinase (PKR). Here, we investigate if agents that upregulate PKR could enhance the apoptotic effect of E2F-1 overexpression in liver tumors. In human hepatocellular carcinoma (HCC) cells (Hep3B, HepG2, Huh7), adenovirus-mediated overexpression of E2F-1 (AdCMV-E2F) transcriptionally increased PKR mRNA. The subsequent increase of total and phosphorylated PKR protein was followed by induction of apoptosis. When AdCMV-E2F was combined with the PKR modifier interferon alpha (IFNalpha), PKR was additionally upregulated and both PKR activation and apoptosis were increased. Subcutaneous xenograft tumors were selectively targeted using an adenoviral vector expressing E2F-1 under the control of the human telomerase reverse transcriptase (hTERT) promoter (AdhTERT-E2F). Weekly systemic administration of AdhTERT-E2F inhibited tumor growth. The tumor suppressive effect of AdhTERT-E2F therapy was further enhanced in combination with IFNalpha.Our results demonstrate that PKR activating agents enhance the anti-tumor effect of E2F-1 overexpression in HCC in-vitro and in-vivo. Hence, modulation of PKR is a potential strategy to increase the efficacy of PKR-dependent anti-tumor therapies.

The connection between E2F and ATM in p53-dependent apoptosis

Programmed cell death is an anticancer mechanism utilized by p53 that when disrupted can accelerate tumor development in response to oncogenic stress. Defects in the RB tumor suppressor cause aberrant cell proliferation as well as apoptosis. The combinatorial loss of the p53 and RB pathways is observed in a large percentage of human tumors. The E2F family of transcription factors primarily mediates the phenotype of Rb loss, since RB is a negative regulator of E2F. Contrary to early expectations, it has now been shown that the ARF (alternative reading frame) tumor suppressor is not required for p53-dependent apoptosis in response to deregulation of the RB/E2F pathway. In this study, we demonstrate that ATM, known as a DNA double-strand break (DSB) sensor, is responsible for ARF-independent apoptosis and p53 activation induced by deregulated E2F1. Moreover, NBS1, a component of the MRN DNA repair complex, is also required for E2F1-induced apoptosis and apparently works in the same pathway as ATM. We further found that endogenous E2F1 and E2F3 both play a role in apoptosis and ATM activation in response to inhibition of RB by the adenoviral E1A oncoprotein. We demonstrate that, unlike deregulated E2F3 and Myc, ATM activation by deregulated E2F1 does not involve the induction of DNA damage, autophosphorylation of ATM on Ser 1981, a marker of ATM activation by DSB, but does depend on the presence of NBS1, suggesting that E2F1 activates ATM in a different manner from E2F3 and Myc. Results from domain mapping studies show that the DNA binding, dimerization, and marked box domains of E2F1 are required to activate ATM and stimulate apoptosis but the transactivation domain is not. This implies that E2F1's DNA binding and interaction with other proteins through the marked box domain are necessary to induce ATM activation leading to apoptosis but transcriptional activation by E2F1 is dispensable. Together these data suggest a model in which E2F1 activates ATM to phosphorylate p53 through a novel mechanism that is independent of DNA damage and transcriptional activation by E2F1.^

Induction of ARF tumor suppressor gene expression and cell cycle arrest by transcription factor DMP1

Expression of the DMP1 transcription factor, a cyclin D-binding Myb-like protein, induces growth arrest in mouse embryo fibroblast strains but is devoid of antiproliferative activity in primary diploid fibroblasts that lack the ARF tumor suppressor gene. DMP1 binds to a single canonical recognition site in the ARF promoter to activate gene expression, and in turn, p19ARF synthesis causes p53-dependent cell cycle arrest. Unlike genes such as Myc, adenovirus E1A, and E2F-1, which, when overexpressed, activate the ARF-p53 pathway and trigger apoptosis, DMP1, like ARF itself, does not induce programmed cell death. Therefore, apart from its recently recognized role in protecting cells from potentially oncogenic signals, ARF can be induced in response to antiproliferative stimuli that do not obligatorily lead to apoptosis.

Distinct roles for E2F proteins in cell growth control and apoptosis

E2F transcription activity is composed of a family of heterodimers encoded by distinct genes. Through the overproduction of each of the five known E2F proteins in mammalian cells, we demonstrate that a large number of genes encoding proteins important for cell cycle regulation and DNA replication can be activated by the E2F proteins and that there are distinct specificities in the activation of these genes by individual E2F family members. Coexpression of each E2F protein with the DP1 heterodimeric partner does not significantly alter this specificity. We also find that only E2F1 overexpression induces cells to undergo apoptosis, despite the fact that at least two other E2F family members, E2F2 and E2F3, are equally capable of inducing S phase. The ability of E2F1 to induce apoptosis appears to result from the specific induction of an apoptosis-promoting activity rather than the lack of induction of a survival activity, because co-expression of E2F2 and E2F3 does not rescue cells from E2F1-mediated apoptosis. We conclude that E2F family members play distinct roles in cell cycle control and that E2F1 may function as a specific signal for the initiation of an apoptosis pathway that must normally be blocked for a productive proliferation event.

E2F4-RB and E2F4-p107 complexes suppress gene expression by transforming growth factor β through E2F binding sites

Transforming growth factor β (TGF-β) causes growth arrest in most cell types. TGF-β induces hypophosphorylation of retinoblastoma susceptibility gene 1 product (RB), which sequesters E2F factors needed for progression into S phase of the cell cycle, thereby leading to cell cycle arrest at G1. It is possible, however, that the E2F-RB complex induced by TGF-β may bind to E2F sites and suppress expression of specific genes whose promoters contain E2F binding sites. We show here that TGF-β treatment of HaCaT cells induced the formation of E2F4-RB and E2F4-p107 complexes, which are capable of binding to E2F sites. Disruption of their binding to DNA with mutation in the E2F sites did not change the expression from promoters of E2F1, B-myb, or HsORC1 genes in cycling HaCaT cells. However, the same mutation stimulated 5- to 6-fold higher expression from all three promoters in cells treated with TGF-β. These results suggest that E2F binding sites play an essential role in the transcription repression of these genes under TGF-β treatment. Consistent with their repression of TGF-β-induced gene expression, introduction of E2F sites into the promoter of cyclin-dependent kinase inhibitor p15INK4B gene effectively inhibited its induction by TGF-β. Experiments utilizing Gal4-RB and Gal4-p107 chimeric constructs demonstrated that either RB or p107 could directly repress TGF-β induction of p15INK4B gene when tethered to p15INK4B promoter through Gal4 DNA binding sites. Therefore, E2F functions to bring RB and p107 to E2F sites and represses gene expression by TGF-β. These results define a specific function for E2F4-RB and E2F4-p107 complexes in gene repression under TGF-β treatment, which may constitute an integral part of the TGF-β-induced growth arrest program.

The subcellular localization of E2F-4 is cell-cycle dependent

The E2F family of transcription factors plays a crucial role in cell cycle progression. E2F activity is tightly regulated by a number of mechanisms, which include the timely synthesis and degradation of E2F, interaction with retinoblastoma protein family members (“pocket proteins”), association with DP heterodimeric partner proteins, and phosphorylation of the E2F/DP complex. Here we report that another mechanism, subcellular localization, is important for the regulation of E2F activity. Unlike E2F-1, -2, or -3, which are constitutively nuclear, ectopic E2F-4 and -5 were predominantly cytoplasmic. Cotransfection of expression vectors encoding p107, p130, or DP-2, but not DP-1, resulted in the nuclear localization of E2F-4 and -5. Moreover, the transcriptional activity of E2F-4 was markedly enhanced when it was invariably nuclear. Conversely, it was reduced when the protein was excluded from the nucleus, implying that E2F-4 transcription function depends upon its cytological location. In keeping with this, the nuclear/cytoplasmic ratios of endogenous E2F-4 changed as cells exited G0, with high ratios in G0 and early G1 and a progressive increase in cytoplasmic E2F-4 as cells approached S phase. Thus, the subcellular location of E2F-4 is regulated in a cell cycle-dependent manner, providing another potential mechanism for its functional regulation.