The regulation of human manganese superoxide dismutase gene

Abstract

Manganese superoxide dismutase (MnSOD) is a nuclear-encoded metalloenzyme that protects cells by removing superoxide radicals in the mitochondria. Human MnSOD gene is highly regulated and responds to various stimuli. The level of MnSOD has been shown to be associated with myriad pathological diseases and is also useful in cancer therapy. Thus, knowing how to modulate endogenous MnSOD levels to control and treat disease is important. The aim of this study was to investigate the mechanism of MnSOD regulation in the hepatocellular carcinoma (HepG2) cell line by using two known reagents, TPA and HIV-1 Tat protein. In this study, we investigated the induction of MnSOD gene by TPA. The results show that the MnSOD basal promoter is responsive to TPA-activated MnSOD transcription. Sp1 protein plays a positive role in basal and TPA-activated MnSOD transcription, whereas Egr-1 protein has a negative role in basal promoter activity and no effect on TPA-mediated activation of MnSOD transcription. We further studied the suppression of MnSOD by HIV-1 Tat protein. The results show that Tat suppresses MnSOD expression from the MnSOD basal promoter by altering the distribution of Sp1/Sp3 proteins. Tat significantly increases the level of full-length Sp3, but not Sp1 and truncated Sp3. Mutational analysis of Sp3 and transcription assay in insect SL2 cells reveals that Sp3-suppressed MnSOD transcription is not just simply a competing mechanism. We found that the Sp3-repressed MnSOD promoter activity requires sufficient length and/or the structure being near the full-length Sp3. The immobilized MnSOD basal promoter reveals a distinctive protein pattern between nuclear extracts from Sp1 and Sp3-overexpressed. Moreover, we partially identified that general transcription, TAFII 130, is involved in the protein-protein interaction of Sp1 and Sp3. Taken together, the transcription of MnSOD is regulated by the transcription factors contained in the basal promoter and their interaction with other transcription factors.

Manganese superoxide dismutase (MnSOD) เป็น metalloenzyme ที่ทำหน้าที่ กำจัด superoxide radicals ใน mitochondria ยีนที่ควบคุมการแสดงออกของ MnSOD อยู่ใน nucleus การแสดงออกของยีน MnSOD จะถูกควบคุมอย่างรัดกุม และสามารถตอบสนองต่อสิ่งต่าง ๆ ที่มากระตุ้น การแสดงออกของยีน MnSOD มีความเกี่ยวเนื่องกับขบวนการเกิดโรคต่าง ๆ และยังสามารถช่วยในการรักษาโรคมะเร็งได้อีกด้วย ดังนั้นการรู้กลไกที่ควบคุมการแสดงออกของยีน MnSOD จะสามารถนำ มาประยุกต์ใช้ในการรักษาและควบคุมโรคได้ การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์ที่จะศึกษากลไกที่ควบคุมการแสดงออกของ MnSOD ในเซลล์มะเร็งตับ HepG2 โดยใช้ สาร 2 ตัวที่มีผลต่อการแสดงออกของ MnSOD คือ TPA และ โปรตีน HIV-1 Tat ผลของการศึกษาพบว่า TPA เพิ่มระดับของ MnSOD mRNA ด้วยการเพิ่ม activity ของ MnSOD basal promoter และพบว่าโปรตีน Sp1 เป็น activator ที่ควบคุมการแสดงออกของยีน MnSOD ทั้งในสภาวะปกติ และในสภาวะที่มี TPA เป็นตัวกระตุ้นจาก ขณะที่โปรตีน Egr-1 เป็น repressor และไม่มีความเกี่ยวข้องกับการควบคุมการแสดงออกของยีน MnSOD ในสภาวะที่มีการกระตุ้นจาก TPA ผลการศึกษากลไกการแสดงออกของ MnSOD โดยใช้โปรตีน HIV-1 Tat พบว่า Tat ลดการแสดงออกของยีน MnSOD โดยลด activity ของ MnSOD basal promoter ด้วยการเพิ่มปริมาณของ Sp3 อย่างมีนัยสำ คัญ ผลของการศึกษาในเซลล์แมลง SL2 และ เซลล์ HepG2 พบว่าความสามรถของ Sp3 ในการลดระดับ activity ของ MnSOD basal promoter ขึ้นอยู่กับความยาว หรือโครงสร้างที่ใกล้กับด้าน N-termini ของ Sp3 และโปรตีนตัวอื่น ๆที่ไม่พบหรือไม่ ทำงานในเซลล์ SL2 นอกจากนี้ผลของการศึกษายังแสดงถึงความแตกต่างของชนิดของโปรตีนที่เกี่ยวเนื่องในการควบคุมการแสดงออกของยีน MnSOD โดย Sp1 และ Sp3 ผลการศึกษาสามารถบ่งชี้ได้ว่า TAFII130 เกี่ยวข้องกับการควบคุมการแสดงออกของยีน MnSOD สรุปโดยรวม การควบคุมการแสดงออกของยีน MnSOD จะขึ้นอยู่กับ interaction ของโปรตีนที่อยู่บน basal promoter กับโปรตีนตัวอื่น ๆ