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Biophysical investigation of the dual binding surfaces of human transcription factors FOXO4 and p53
bioRxiv - Biochemistry Pub Date : 2021-04-29 , DOI: 10.1101/2021.01.11.425814
Jinwoo Kim , Dabin Ahn , Chin-Ju Park

Cellular senescence is protective against external oncogenic stress, but its accumulation causes aging-related diseases. Forkhead box O4 (FOXO4) and p53 are human transcription factors known to promote senescence by interacting each other and activating p21 transcription. Inhibition of the interaction is a strategy for inducing apoptosis of senescent cells, but the binding surfaces that mediate the FOXO4-p53 interaction remain elusive. Here, we investigated two binding sites involved in the interaction between FOXO4 and p53 by NMR spectroscopy. NMR chemical shift perturbation analysis showed that the binding between FOXO4's forkhead domain (FHD) and p53's transactivation domain (TAD), and between FOXO4's C-terminal transactivation domain (CR3) and p53's DNA binding domain (DBD), mediate the FOXO4-p53 interaction. Isothermal titration calorimetry data showed that both interactions have micromolar Kd values, and FOXO4 FHD-p53 TAD interaction has a higher binding affinity. Also, we showed that the FOXO4 CR3-binding surface of FOXO4 FHD interacts with p53 TAD2, and FOXO4 CR3 interacts with the DNA/p53 TAD-binding surface of p53 DBD, suggesting a network of potentially competitive and/or coordinated interactions. Based on the results, we propose that the dual interaction contributes to two TF's proper location on the p21 promoter site and consequently promotes p21 transcription and cell senescence. This work provides structural information at the molecular level that is key to understanding the interplay of two proteins responsible for cellular senescence.

中文翻译:

人类转录因子FOXO4和p53双重结合表面的生物物理研究

细胞衰老可以抵抗外部致癌应激,但是其积累会导致与衰老相关的疾病。叉头盒O4(FOXO4)和p53是已知的人类转录因子,可通过相互作用和激活p21转录来促进衰老。相互作用的抑制是诱导衰老细胞凋亡的策略,但介导FOXO4-p53相互作用的结合表面仍然难以捉摸。在这里,我们通过NMR光谱研究了FOXO4和p53之间相互作用的两个结合位点。NMR化学位移扰动分析表明,FOXO4的叉头结构域(FHD)和p53的反式激活结构域(TAD)之间以及FOXO4的C末端反式激活结构域(CR3)和p53的DNA结合结构域(DBD)之间的结合介导了FOXO4-p53的相互作用。等温滴定量热法数据表明,两种相互作用均具有微摩尔Kd值,而FOXO4 FHD-p53 TAD相互作用具有更高的结合亲和力。此外,我们显示FOXO4 FHD的FOXO4 CR3结合表面与p53 TAD2相互作用,而FOXO4 CR3与p53 DBD的DNA / p53 TAD结合表面相互作用,表明存在潜在竞争性和/或协同相互作用的网络。根据结果​​,我们认为双重相互作用有助于两个TF在p21启动子位点上的正确定位,并因此促进p21转录和细胞衰老。这项工作在分子水平上提供了结构信息,这对于理解负责细胞衰老的两种蛋白质之间的相互作用至关重要。FOXO4与FHD-p53 TAD的相互作用具有较高的结合亲和力。此外,我们显示FOXO4 FHD的FOXO4 CR3结合表面与p53 TAD2相互作用,而FOXO4 CR3与p53 DBD的DNA / p53 TAD结合表面相互作用,表明存在潜在的竞争性和/或协同相互作用的网络。根据结果​​,我们认为双重相互作用有助于两个TF在p21启动子位点上的正确定位,从而促进p21转录和细胞衰老。这项工作在分子水平上提供了结构信息,这对于理解负责细胞衰老的两种蛋白质之间的相互作用至关重要。FOXO4与FHD-p53 TAD的相互作用具有较高的结合亲和力。此外,我们显示FOXO4 FHD的FOXO4 CR3结合表面与p53 TAD2相互作用,而FOXO4 CR3与p53 DBD的DNA / p53 TAD结合表面相互作用,表明存在潜在竞争性和/或协同相互作用的网络。根据结果​​,我们认为双重相互作用有助于两个TF在p21启动子位点上的正确定位,并因此促进p21转录和细胞衰老。这项工作在分子水平上提供了结构信息,这对于理解负责细胞衰老的两种蛋白质之间的相互作用至关重要。FOXO4 CR3与p53 DBD的DNA / p53 TAD结合表面相互作用,表明存在潜在竞争性和/或协同相互作用的网络。根据结果​​,我们认为双重相互作用有助于两个TF在p21启动子位点上的正确定位,并因此促进p21转录和细胞衰老。这项工作在分子水平上提供了结构信息,这对于理解负责细胞衰老的两种蛋白质之间的相互作用至关重要。FOXO4 CR3与p53 DBD的DNA / p53 TAD结合表面相互作用,表明存在潜在竞争性和/或协同相互作用的网络。根据结果​​,我们认为双重相互作用有助于两个TF在p21启动子位点上的正确定位,并因此促进p21转录和细胞衰老。这项工作在分子水平上提供了结构信息,这对于理解负责细胞衰老的两种蛋白质之间的相互作用至关重要。
更新日期:2021-04-30
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