GATA1 - GATA1

GATA1
Proteina GATA1 PDB 1gnf.png
Structuri disponibile
PDB Căutare Ortholog : PDBe RCSB
Identificatori
Aliasuri GATA1 , ERYF1, GATA1, GF1, GF1, NFE1, NFE1, XLANP, XLTDA, XLTT, GATA proteina 1legare
ID-uri externe OMIM : 305371 MGI : 95661 HomoloGene : 1549 GeneCards : GATA1
Orthologs
Specii Uman Șoarece
Entrez
Ensemble
UniProt
RefSeq (ARNm)

NM_002049

NM_008089

RefSeq (proteină)

NP_002040

NP_032115

Locație (UCSC) Chr X: 48,79 - 48,79 Mb Chr X: 7,96 - 7,98 Mb
Căutare PubMed
Wikidata
Vizualizare / Editare umană Vizualizați / Editați mouse-ul

Factorul de legare GATA 1 sau GATA-1 (numit și factor de transcripție eritroidian ) este membru fondator al familiei GATA a factorilor de transcripție . Această proteină este exprimată pe scară largă în toate speciile de vertebrate. La oameni și șoareci, este codificat de GATA1 și Gata1 genelor, respectiv. Aceste gene sunt localizate pe cromozomul X la ambele specii.

GATA1 reglează expresia (adică formarea produselor genelor) a unui ansamblu de gene care mediază dezvoltarea globulelor roșii și a trombocitelor. Rolurile sale critice în formarea celulelor roșii din sânge includ promovarea maturării celulelor precursoare, de exemplu eritroblaste , la celulele roșii din sânge și stimularea acestor celule pentru a-și erecta citoscheletul și a biosinteza componentele lor care transportă oxigen, și anume, hemoglobina și hemul . GATA1 joacă un rol similar în maturarea trombocitelor din sânge de la megacarioblasti , promegacariocite și megacariocite ; ultimele celule varsă apoi fragmente din membrană ale citoplasmei lor, adică trombocite, în sânge.

Ca urmare a rolului vital pe care GATA1 îl are în maturizarea corectă a celulelor roșii din sânge și a trombocitelor, mutațiile inactivante ale genei GATA1 (adică mutațiile care au ca rezultat producerea unui nivel redus sau a unui GATA1 mai puțin activ) provoacă cromozomul X -boli anemice și / sau hemoragice legate de formarea redusă și funcționalitatea celulelor roșii din sânge și / sau a trombocitelor, respectiv, sau, în anumite circumstanțe, a proliferării patologice a megacarioblastelor. Aceste boli includ tulburarea mieloproliferativă tranzitorie care apare în sindromul Down, leucemia megacarioblastică acută care apare în sindromul Down , anemia Diamond-Blackfan și diverse sindroame combinate anemie - trombocitopenie , inclusiv o sindrom de tip trombocit gri .

Nivelurile reduse de GATA1 datorită reducerii traducerii ARNm GATA1 în produsul său de factor de transcripție sunt asociate cu promovarea progresiei mielofibrozei , adică o boală malignă care implică înlocuirea celulelor măduvei osoase cu țesut fibros și hematopoieză extramedulară , adică extinderea celulele care formează celule sanguine către siturile din afara măduvei osoase .

Gene

Gena GATA1 umană este localizată pe brațul scurt (adică „p”) al cromozomului X în poziția 11.23. Are o lungime de 7,74 kilobaze , constă din 6 exoni și codifică o proteină de lungime completă, GATA1, de 414 aminoacizi , precum și una mai scurtă, GATA1-S. GATA1-S nu are primii 83 de aminoacizi ai GATA1 și, prin urmare, este format din doar 331 de aminoacizi. Codurile GATA1 pentru două motive structurale cu degete de zinc , C-ZnF și N-ZnF, care sunt prezente atât în ​​proteinele GATA1, cât și în GATA1-S. Aceste motive sunt critice pentru acțiunile de reglare a genei ambilor factori de transcripție. N-ZnF este un loc frecvent al mutațiilor cauzatoare de boli. Lipsind primii 83 de aminoacizi și, prin urmare, unul dintre cele două domenii de activare ale GATA1, GATA1-S are o activitate de reglare a genei semnificativ mai mică decât GATA1.

Studiile efectuate pe Gata1 - șoareci knockout , adică șoareci lipsiți de gena Gata1 , indică faptul că această genă este esențială pentru dezvoltarea și întreținerea celulelor hematologice pe bază de sânge și / sau pe țesut, în special celulele roșii din sânge și trombocitele, dar și eozinofilele , bazofilele , mastocite și celule dendritice . Șoarecii knock-out mor în ziua 11.5 a dezvoltării lor embrionare din cauza anemiei severe care este asociată cu absența celulelor din linia de globule roșii, cu un număr excesiv de celule precursoare malformate ale trombocitelor și cu absența trombocitelor . Aceste defecte reflectă rolul esențial al Gata-1 în stimularea dezvoltării, auto-reînnoirii și / sau maturării celulelor roșii din sânge și a celulelor precursoare a trombocitelor . Studiile folosind șoareci epuizați de gena Gata1 în timpul maturității arată că: 1) Gata1 este necesară pentru stimularea eritropoiezei (adică creșterea formării de celule roșii din sânge) ca răspuns la stres și 2) Șoarecii adulți cu deficiență de Gata1 dezvoltă invariabil o formă de mielofibroză .

Proteine ​​GATA1

Atât în ​​GATA1, cât și în GATA1-S, C-ZnF (adică degetul de zinc C-terminal ) se leagă de site-urile secvențelor de acid nucleic specifice ADN-ului și anume, (T / A (GATA) A / G), pe locurile de reglare a expresiei genele sale țintă și prin aceasta stimulează sau suprimă expresia acestor gene țintă. N-ZnF (de exemplu , degetele zincului N-terminal ) interacționează cu o proteină nucleară esențială care reglementează factorul de transcripție, FOG1 . FOG1 promovează sau suprimă puternic acțiunile pe care cei doi factori de transcripție le au asupra majorității genelor lor țintă. Similar cu eliminarea Gata1 , eliminarea genei șoarecilor pentru FOG1, Zfpm1 , cauzează eșecul total al dezvoltării celulelor roșii din sânge și letalitatea embrionară până în ziua 11.5. Bazat în principal pe studii la șoareci, se propune ca complexul GATA1-FOG1 să promoveze eritropoieza umană prin recrutarea și legarea cu cel puțin două complexe de reglare a expresiei genelor, complexul Mi-2 / NuRD (un remodelator al cromatinei ) și CTBP1 (o histon deacetilază ) și trei proteine ​​care reglează expresia genelor, SET8 (o histonă metiltransferază care inhibă GATA1 ), BRG1 (un activator de transcripție ) și Mediator (un co-activator de transcripție ). Alte interacțiuni includ cele cu: BRD3 (remodelează nucleozomii ADN ), BRD4 (leagă reziduurile de lizină acetilată în histona asociată ADN pentru a regla accesibilitatea genei), FLI1 (un factor de transcripție care blochează diferențierea eritroidiană), HDAC1 (o histonă deacetilază ), LMO2 ( regulator al dezvoltării eritrocitelor), ZBTB16 (factor de transcripție care reglează progresia ciclului celular ), TAL1 (un factor de transcripție), FOG2 (un regulator al factorului de transcripție) și GATA2 (Deplasarea GATA2 de către GATA1, adică „comutatorul GATA”, la anumite gene - reglarea siturilor este critică pentru dezvoltarea sângelui roșu la șoareci și, probabil, la oameni). Interacțiunile GATA1-FOG1 și GATA2-FOG1 sunt critice pentru formarea trombocitelor la șoareci și în mod similar pot fi critice pentru aceasta la oameni.

Fiziologie și patologie

GATA1 a fost descris pentru prima dată ca un factor de transcripție care activează gena hemoglobinei B în precursorii globulelor roșii ale găinilor. Studiile ulterioare efectuate la șoareci și celule umane izolate au constatat că GATA1 stimulează expresia genelor care promovează maturarea celulelor precursoare (de exemplu, eritroblastele ) la celulele roșii din sânge, în timp ce tăcerea genelor care fac ca acești precursori să prolifereze și astfel să se reînnoiască . GATA1 stimulează această maturizare, de exemplu, inducerea expresiei genelor în celulele eritroide , care contribuie la formarea lor citoscheletului și enzimele necesare care face pentru biosinteza de hemoglobine și hem , componentele purtatoare de oxigen a celulelor roșii din sânge. Mutațiile care inactivează GATA1 pot duce astfel la eșecul de a produce un număr suficient de celule roșii din sânge și / sau complet funcționale. De asemenea, bazat pe studii de șoareci și celule umane izolate, GATA1 pare să joace un rol similar în maturarea trombocitelor din celulele lor precursoare. Această maturizare implică stimularea megacarioblastelor să se maturizeze în cele din urmă în megacariocite, pe care celulele le varsă în sânge fragmente din citoplasma lor închise cu membrană, adică trombocite. Mutațiile care inactivează GATA1 pot duce astfel la niveluri reduse și / sau trombocite disfuncționale din sânge.

Nivelurile reduse de GATA1 datorită traducerii defectuoase a ARNm GATA1 în megacariocite umane este asociată cu mielofibroză , adică înlocuirea celulelor măduvei osoase cu țesut fibros. Bazat în principal pe studii de șoareci și celule umane izolate, se crede că această mielofibroză rezultă din acumularea de celule precursoare a trombocitelor în măduva osoasă și eliberarea lor de cantități excesive de citokine care stimulează celulele stromale ale măduvei osoase să devină fibroblaste și osteoblaste care secretă fibre . Pe baza studiilor efectuate la șoareci, se crede că nivelurile scăzute de GATA1 promovează dezvoltarea măririi splenice și a hematopoiezei extramedulare în boala mielofibrozei umane. Aceste efecte par a rezulta direct din supra-proliferarea celulelor precursoare anormale ale trombocitelor.

Caracteristicile clinice asociate cu mutațiile GATA1 inactivante sau alte cauze ale nivelurilor reduse de GATA1 variază foarte mult în ceea ce privește nu numai tipurile de boală expuse, ci și severitatea bolii. Această variație depinde de cel puțin patru factori. În primul rând , inactivare mutații în GATA1 cauza X-legate de boli recesive . Bărbații, cu o singură genă GATA1 , experimentează bolile acestor mutații, în timp ce femeile, cu două gene GATA1, nu prezintă dovezi sau sunt extrem de ușoare ale acestor boli, cu excepția cazului în care au mutații inactivante în ambele gene sau mutația lor este negativă dominantă , adică inhibă binele funcția genei. În al doilea rând , măsura în care o mutație reduce nivelurile celulare ale GATA1 complet funcționale se corelează cu severitatea bolii. În al treilea rând , inactivarea mutațiilor GATA1 poate provoca diferite manifestări ale bolii. De exemplu, mutațiile în GATA1 lui N-ZnF care interferează cu interacțiunea cu rezultatul FOG1 in reducerea de celule roșii sanguine și a numărului de trombocite în timp ce mutațiile în N-ZnF care reduc afinitatea de legare a genelor tinta provoca o reducere a numărului de celule roșii din sânge plus talasemie tip și simptome de tip porfirie . În al patrulea rând , fundalul genetic al indivizilor poate afecta tipul și severitatea simptomelor. De exemplu, GATA1 -inactivating mutatii la persoanele cu extra cromozom 21 de sindrom Down prezintă o proliferare a megakaryoblasts care se infiltreze și consequentially direct leziuni hepatice, cardiace, măduvă, pancreas, și piele , plus viața în pericol secundar daune la plamani si rinichi. Acești indivizi pot dezvolta mutații secundare în alte gene care duc la leucemie megacarioblastică acută .

Tulburări genetice

Mutațiile genei GATA1 sunt asociate cu dezvoltarea diferitelor tulburări genetice care pot fi familiale (adică moștenite) sau recent dobândite. Ca urmare a localizării cromozomului X, mutațiile GATA1 au, în general, un impact fiziologic și clinic mult mai mare la bărbați, care au doar un cromozom X împreună cu gena GATA1 , decât femeile, care au doi dintre acești cromozomi și gene: mutațiile GATA1 conduc la Boli legate de X apar predominant la bărbați. Mutațiile din domeniul de activare al GATA1 (GATA1-S nu are acest domeniu) sunt asociate cu tulburarea mieloproliferativă tranzitorie și cu leucemia megacarioblastică acută a sindromului Down, în timp ce mutațiile din motivul N-ZnF ale GATA1 și GATA1-S sunt asociate cu boli similare congenitale. anemie diseritropoietică, trombocitopenie congenitală și anumite caracteristici care apar în talasemie , sindromul trombocitelor cenușii , porfiria eritropoietică congenitală și mielofibroza .

Tulburări legate de sindromul Down

Tulburare mieloproliferativă tranzitorie

Mutațiile inactivante dobândite în domeniul de activare al GATA1 sunt cauza aparentă a tulburării mieloproliferative tranzitorii care apare la persoanele cu sindrom Down. Aceste mutații sunt schimbări de cadru în exonul 2 care au ca rezultat eșecul de a produce proteina GATA1, formarea continuă a GATA1-S și, prin urmare, o capacitate foarte redusă de a regla genele vizate de GATA1. Prezența acestor mutații este limitată la celulele care poartă cariotipul trisomiei 21 (adică cromozomul suplimentar 21 ) al sindromului Down: mutațiile inactivatoare GATA1 și trisomia 21 sunt necesare și suficiente pentru dezvoltarea tulburării. Tulburarea mieloproliferativă tranzitorie constă într-o proliferare relativ ușoară, dar patologică, a celulelor precursoare a trombocitelor, în principal megacarioblasti , care prezintă adesea o morfologie anormală care seamănă cu mieloblastele imature (adică celulele stem unipotente care se diferențiază în granulocite și sunt celula proliferatoare malignă în leucemia mieloidă acută ) . Analizele de fenotip indică faptul că aceste explozii aparțin seriei megacarioblaste. Constatările anormale includ prezența frecventă a numărului excesiv de celule explozive , niveluri reduse de trombocite și globule roșii, niveluri crescute de globule albe circulante și infiltrarea celulelor precursoare a trombocitelor în măduva osoasă, ficat, inimă, pancreas și piele. Se consideră că tulburarea se dezvoltă in utero și este detectată la naștere la aproximativ 10% dintre persoanele cu sindrom Down. Se rezolvă total în decurs de ~ 3 luni, dar în următorii 1-3 ani progresează către leucemie megacarioblastică acută la 20% până la 30% dintre acești indivizi: tulburarea mieloprolierativă tranzitorie este o stare clonală (celule anormale derivate din celule părinte unice), pre-leucemică și este clasificată ca boală a sindromului mielodisplazic .

Leucemie megacarioblastică acută

Leucemia megacarioblastică acută este un subtip de leucemie mieloidă acută, care este extrem de rară la adulți și, deși încă rară, mai frecventă la copii. Boala copilariei este clasificată în două subgrupuri majore pe baza apariției acesteia la indivizi cu sau fără sindrom Down . Boala în sindromul Down apare la 20% până la 30% dintre persoanele care au avut anterior tulburare mieloproliferativă tranzitorie. Mutațiile lor GATA1 sunt schimbări de cadru în exonul 2 care duc la eșecul de a produce proteina GATA1, formarea continuă a GATA1-S și, prin urmare, o capacitate foarte redusă de a regla genele vizate de GATA1. Tulburarea mieloproliferativă tranzitorie este detectată la sau imediat după naștere și, în general, se rezolvă în următoarele luni, dar este urmată în decurs de 1-3 ani de leucemie megacarioblastică acută. În acest interval de 1-3 ani, indivizii acumulează mutații somatice multiple în celulele care poartă mutații GATA1 inactivante plus trisomia 21. Se crede că aceste mutații rezultă din proliferarea necontrolată a celulelor blastice cauzată de mutația GATAT1 în prezența cromozomului suplimentar 21 și a fi responsabil pentru progresia tulburării tranzitorii la leucemie. Mutațiile apar într - una sau, mai frecvent, gene multiple , inclusiv: TP53 , RUNX1 , FLT3 , ERG , DYRK1A , CHAF1B , HLCS , CTCF , STAG2 , RAD21 , SMC3 , SMC1A , NIPBL , SUZ12 , PRC2 , JAK1 , JAK2 , JAK3 , MPL , KRAS , NRAS , SH2B3 și MIR125B2 care este gena pentru microARN MiR125B2.

Anemie Diamond – Blackfan

Anemia Diamond – Blackfan este o boală genetică familială (adică moștenită) (45% din cazuri) sau dobândită (55% din cazuri) care se prezintă în copilărie sau, mai rar, în copilărie mai târziu ca anemie aplastică și circulația globulelor roșii anormale mărite . Alte tipuri de celule sanguine și trombocite circulă la niveluri normale și par normale în structură. Aproximativ jumătate dintre persoanele afectate au diverse defecte congenitale . Boala este considerată o boală genetică uniformă, deși genele care o cauzează nu au fost identificate în aproximativ 30% din cazuri. În aproape toate cazurile rămase, mutațiile autozomale recesive inactivante apar în oricare dintre cele 20 de gene din 80 care codifică proteinele ribozomale . Aproximativ 90% din aceste ultime mutații apar în 6 gene de proteine ​​ribozomale și anume, RPS19 , RPL5 , RPS26 , RPL11 , RPL35A și RPS24 . Cu toate acestea, mai multe cazuri de anemie familială Diamond-Blackfan au fost asociate cu mutații genetice GATA1 în absența aparentă a unei mutații în genele proteinelor ribozomale. Aceste mutații GATA1 apar într-un site de îmbinare exon 2 sau codonul de start al GATA1, determină producția GATA1-S în absența factorului de transcripție GATA1 și, prin urmare, sunt inactivatoare de gene în natură. Se propune ca aceste mutații GATA1 să fie o cauză a anemiei Diamond Blackfan.

Sindroame anemie-trombocitopenie combinate

Anumite GATA1 mutatii -inactivatng sunt asociate cu familiale sau, mai rar, sporadice tulburările legate de X , care constau din anemie și trombocitopenie datorită unei defecțiuni în maturizarea celulelor roșii din sânge și precursori de trombocite plus alte anomalii hematologice. Aceste mutații GATA1 sunt identificate printr-o literă inițială care identifică aminoacidul normal, urmată de un număr care dă poziția acestui aminoacid în GATA1, urmată de o literă finală care identifică aminoacidul substituit cu cel normal. Aminoacizii sunt identificați ca V = valină ; M = metionină ; G = glicină ; S = serină , D = acid aspartic ; Y = tirozină , R = arginină ; W = triptofan , Q = glutamină ). Aceste mutații și unele anomalii cheie pe care le cauzează sunt:

  • V205M: boală familială caracterizată prin anemie severă la făt și nou-născuți; măduva osoasă are un număr crescut de precursori de trombocite și celule roșii malformate.
  • G208S și D218G: boală familială caracterizată prin sângerări severe, număr redus de trombocite circulante care sunt malformate (adică mărite) și anemie ușoară.
  • D218Y: boală familială similară, dar mai gravă decât boala cauzată de mutațiile G209S și D218G.
  • R216W: caracterizată printr-o boală de tip beta talasemie , adică anemie microcitară , absența hemoglobinei B și persistența ereditară a hemoglobinei fetale ; simptome ale porfiriei eritropoietice congenitale ; trombocitopenie ușoară până la moderată severă cu caracteristici ale sindromului trombocitului gri.
  • R216Q: boală familială caracterizată prin anemie ușoară cu caracteristici de talasemie beta heterozigotă, mai degrabă decât homozigotă (adică evidentă); trombocitopenie ușoară cu trăsături ale sindromului trombocitului gri.
  • G208R: boală caracterizată prin anemie ușoară și trombocitopenie severă cu eritroblasti și megacarioblasti malformați în măduva osoasă. Caracteristicile structurale ale acestor celule au fost similare cu cele observate în anemia congenitală diseritropoietică.
  • -183G> A: rare Single nucleotide polimorfism (rs113966884) în care nucleotidice adenina înlocuiesc guanina în ADN la poziția 183 de nucleotide în amonte față de începutul lui GATA1 ; tulburare caracterizată ca anemie ușoară cu trăsături structurale la precursorii celulelor roșii ale măduvei osoase similare celor observate în anemia diseritropoietică congenitală.

Sindromul plachetar Gray este o afectiune rara sangerare congenitale cauzate de reduceri sau absența alfa-granule în trombocite. Granulele alfa conțin diverși factori care contribuie la coagularea sângelui și la alte funcții. În absența lor, trombocitele sunt defecte. Sindromul este de obicei considerat a rezulta exclusiv din mutații ale genei NBEAL2 localizate pe cromozomul 3 uman în poziția p21. În aceste cazuri, sindromul urmează moștenirea autozomală recesivă , provoacă o tendință de sângerare ușoară până la moderată și poate fi însoțit de un defect al secreției conținutului de granule din neutrofile . Există și alte cauze ale unei tulburări congenitale de sângerare deficitară în alfa-granule și anume boala autozomală recesivă a sindromului Arc cauzată de mutații fie în VPS33B (pe cromozomul uman 15 la q26), fie VIPAS39 (pe cromozomul 14 la q34); autozomal dominanta boala sindromului legate de GFI1B cauzate de mutatii in GFI1B (localizată pe cromozomul uman 9 la q34); și boala cauzată de mutațiile R216W și R216Q în GATA1. Boala asociată mutației GATA1 seamănă cu cea cauzată de mutațiile NBEAL2 prin aceea că este asociată cu circulația unui număr redus (adică trombocitopenie ) de trombocite anormal mărite (adică macrotrombocite), cu trombocite cu deficit de alfa-granule. Diferă de boala indusă de NBEAL2 prin faptul că este legată de cromozomul X, însoțită de o tendință de sângerare moderată severă și asociată cu anomalii ale globulelor roșii din sânge (de exemplu, anemie, o tulburare asemănătoare talasemiei datorată producției de hemoglobină dezechilibrată și / sau o tulburare asemănătoare porfiriei.Un studiu recent a constatat că GATA1 este un puternic potențator al expresiei NBEAL2 și că mutațiile inactivante R216W și R216Q în GATA1 pot provoca dezvoltarea trombocitelor cu deficit de granule alfa prin eșecul stimulării expresiei proteinei NBDAL2. Având în vedere aceste diferențe, tulburarea legată de mutația GATA1 pare mai bine clasificată ca fiind diferită clinic și patologic de sindromul trombocitului gri.

GATA1 în mielofibroză

Mielofibroza este o afecțiune malignă hematologică rară caracterizată prin fibroză progresivă a măduvei osoase, hematopoieză extramedulară (adică formarea de celule sanguine în afara locului lor normal în măduva osoasă), reduceri variabile ale nivelului de celule sanguine circulante, creșteri ale nivelurilor circulante de precursorii celor din urmă celule, anomalii ale maturizării celulelor precursorului trombocitelor și gruparea megacariocitelor cu grosieră malformată în măduva osoasă. În cele din urmă, boala poate evolua către leucemie . Studii recente indică faptul că megacariocite dar nu și alte tipuri de celule , în cazuri rare de mielofibroza au redus semnificativ nivelurile de GATA1 , ca urmare a unui deficit de ribozomale în traducerea GATA1 ARNm în factor de transcriere GATA1. Studiile sugerează că aceste niveluri reduse de GATA1 contribuie la progresia mielofibrozei, ducând la o afectare a maturării celulelor precursoare a trombocitelor, prin promovarea hematopoiezei extramedulare și, eventual, contribuind la transformarea sa leucemică .

Referințe

Lecturi suplimentare

linkuri externe

Alte tipuri de mutații GATA2 determină supraexprimarea factorului de transcripție GATA2. Această supraexpresie este asociată cu dezvoltarea LMA non-familială. Aparent, nivelul de expresie al genei GATA2 trebuie să fie echilibrat delicat între deficiență și exces pentru a evita boala care pune viața în pericol.

  1. ^ Mir MA, Kochuparambil ST, Abraham RS, Rodriguez V, Howard M, Hsu AP, Jackson AE, Holland SM, Patnaik MM (aprilie 2015). "Spectrul neoplasmelor mieloide și deficienței imune asociate cu mutațiile germinale GATA2" . Medicina cancerului . 4 (4): 490-9. doi : 10.1002 / cam4.384 . PMC  4402062 . PMID  25619630 .
  2. ^ Katsumura KR, Bresnick EH (aprilie 2017). „Revoluția factorului GATA în hematologie” . Sânge . 129 (15): 2092-2102. doi : 10.1182 / blood-2016-09-687871 . PMC  5391619 . PMID  28179282 .