The Carboxy-Terminal Domain of Dictyostelium C-Module-Binding Factor Is an Independent Gene Regulatory Entity

The C-module-binding factor (CbfA) is a multidomain protein that belongs to the family of jumonji-type (JmjC) transcription regulators. In the social amoeba Dictyostelium discoideum, CbfA regulates gene expression during the unicellular growth phase and multicellular development. CbfA and a related D. discoideum CbfA-like protein, CbfB, share a paralogous domain arrangement that includes the JmjC domain, presumably a chromatin-remodeling activity, and two zinc finger-like (ZF) motifs. On the other hand, the CbfA and CbfB proteins have completely different carboxy-terminal domains, suggesting that the plasticity of such domains may have contributed to the adaptation of the CbfA-like transcription factors to the rapid genome evolution in the dictyostelid clade. To support this hypothesis we performed DNA microarray and real-time RT-PCR measurements and found that CbfA regulates at least 160 genes during the vegetative growth of D. discoideum cells. Functional annotation of these genes revealed that CbfA predominantly controls the expression of gene products involved in housekeeping functions, such as carbohydrate, purine nucleoside/nucleotide, and amino acid metabolism. The CbfA protein displays two different mechanisms of gene regulation. The expression of one set of CbfA-dependent genes requires at least the JmjC/ZF domain of the CbfA protein and thus may depend on chromatin modulation. Regulation of the larger group of genes, however, does not depend on the entire CbfA protein and requires only the carboxy-terminal domain of CbfA (CbfA-CTD). An AT-hook motif located in CbfA-CTD, which is known to mediate DNA binding to A+T-rich sequences in vitro, contributed to CbfA-CTD-dependent gene regulatory functions in vivo

Funktion des Transkriptionsfaktors CbfA in Dictyostelium discoideum

Der in der vorliegenden Arbeit untersuchte C-Modul-bindende Faktor A (CbfA) ist ein wichtiger Faktor für die multizelluläre Entwicklung von Dictyostelium discoideum und beeinflusst als Transkriptionsfaktor die Expression mehrerer hundert Gene. Die CbfA-Mutante JH.D weist einen Ausfall der multizellulären Entwicklung auf. Die Expression von CbfA in einer Low-Copy-Situation bewirkte eine Heilung des Phänotyps, weshalb dieses System genutzt werden konnte, um durch Expression mutierter CbfA-Proteine Hinweise auf die Funktionen einzelner CbfA-Domänen zu gewinnen. Es zeigte sich, dass die katalytische Aktivität der JmjC-Domäne nicht essentiell für die Vermittlung der multizellulären Entwicklung durch CbfA war. Der Austausch eines in CbfA konservierten Histidins durch Alanin im ersten Zinkfinger-Motiv oder die Deletion beider Zinkfinger bewirkten jedoch einen Funktionsverlust des CbfA-Proteins. Die Komplementation des CbfA-Suppressionsstammes mit CbfA, das Mutationen im Bereich des AT-Hakens aufwies, führte zur Wiederherstellung der Aggregation. Es kam jedoch zum vorzeitigen Abbruch der multizellulären Entwicklung. Im Stamm JH.D wurde in früheren Arbeiten eine geringes Level an TRE5-A-RNA beobachtet, das durch ektopische Expression von vollständigem CbfA (CbfA2-998) oder dessen Carboxy-terminaler Domäne (CbfA724-998, CTD) angehoben werden konnte. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals gezeigt, dass CbfA nicht nur die Expression, sondern auch die Retrotranspositionsfrequenz von TRE5-A in vivo erhöht. Somit wurde CbfA als Wirtsfaktor für die Amplifikation von TRE5-A Retrotransposons in D. discoideum etabliert. Es wurde festgestellt, dass die CTD zwar zur Vermittlung der Expression von TRE5-A ausreichte, jedoch nicht dessen Retrotranspositionsfrequenz steigern konnte. Daraus kann auf eine wichtige Funktion des N-Terminus von CbfA für die Retrotransposition, vermutlich für die Integration, von TRE5-A geschlossen werden. Die katalytische Funktion der JmjC-Domäne und die Zinkfinger-Motive erwiesen sich als essentiell für die CbfA-abhängige Mobilisierung von TRE5-A. Die JmjC-Domäne weist vermutlich eine Histon-Demethylase-Aktivität auf und agiert möglicherweise gemeinsam mit dem ersten Zinkfinger, der die Bindung von CbfA an methylierte Histone vermitteln könnte, um die Retrotransposition von TRE5-A zu ermöglichen