Oktamer-bindender Transkriptionsfaktor 4

Oct-4 (Oktamer-bindender Transkriptionsfaktor; engl. Octamer binding transcription factor 4), auch als OCT3, POU5F1 oder MGC22487 bezeichnet, ist ein Transkriptionsfaktor aus der POU-Familie. Das Gen wird nur in Zellen mit einem höheren Entwicklungspotential als dem von somatischen Stammzellen exprimiert; außerdem in Krebszellen. "Oktamer" bedeutet "aus acht Teilen bestehend" und bezieht sich auf die Bindesequenz "ATTTGCAT" im Promotorbereich von Zielgenen.

Oktamer-bindender Transkriptionsfaktor 4
Eigenschaften des menschlichen Proteins
Masse/Länge Primärstruktur	360 Aminosäuren
Isoformen	A, B
Bezeichner
Gen-Name	POU5F1
Externe IDs	OMIM: 164177 UniProt: Q01860
Vorkommen
Homologie-Familie	Hovergen

Genetik

Das Oct-4-Gen liegt beim Menschen auf Chromosom 6, Genlocus 6p21.33.

Funktion

Das Oct-4-Gen codiert für ein Protein – einen Transkriptionsfaktor – das für eine normale Embryonalentwicklung wichtig ist. Das Protein hat zwei Isoformen mit unterschiedlichen molaren Massen (A: 45 kDa, B: 33 kDa). Dabei wird Oct-4 selektiv in den Bereichen des Embryos exprimiert, in denen sich später das fötale Gewebe aufbaut. Für die Entwicklung aller Säugetiere ist Oct-4 ein lebensnotwendiges Gen. Im erwachsenen Lebewesen wird Oct-4 dagegen nur in Keimzellen exprimiert.

2002 wurde von einer Arbeitsgruppe um Hans R. Schöler an der University of Pennsylvania am Tiermodell Maus entdeckt, dass die korrekte Expression von Oct-4 direkt mit der Lebensfähigkeit von Maus-Klonen korreliert. Die Aktivierung von Oct-4 muss dabei in einem ganz bestimmten Bereich liegen. Geringfügig zu niedrige, aber auch zu hohe Aktivitäten, führten zum Tod der Versuchstiere. Je nach Entwicklungsphase des Embryos hat ein „Abschalten“ von Oct-4 eine unterschiedliche Wirkung. In der sehr frühen embryonalen Phase bewirkt der Oct-4-Verlust, dass im Embryo totipotente Zellen in trophoblastische Zellen umgewandelt werden. In einer späteren Phase bewirkt der Oct-4-Verlust, dass bei den Urkeimzellen die Apoptose ausgelöst wird.

Das Genprodukt von Oct-4 zeigt als Transkriptionsfaktor hochkomplexe, teilweise noch nicht bekannte, beziehungsweise verstandene, Wechselwirkungen mit anderen Transkriptions- und Kofaktoren aus der POU-Familie, aber auch anderen Familien, wie beispielsweise Pax oder Sox. So kann Oct-4 mit einem weiteren Oct-4, aber auch mit Oct-1, Oct-6 oder Sox-2 interagieren.

Biotechnologische Forschung

Bei der aktuell diskutierten und in vielen Laboratorien erforschten künstlichen Reprogrammierung von Stammzellen wird Oct-4 beispielsweise zusammen mit den Genen Sox-2, Nanog und lin-28 mit Hilfe von Retroviren in somatische Zellen eingeschleust, woraufhin diese in pluripotente Stammzellen umgewandelt werden.

Da Stammzellgene wie Oct-4 häufig in malignen Zellen aktiv sind, ist die Regulation dieses Gens von großem wissenschaftlichem Interesse. So wurden bereits einige kleine RNA-Moleküle, sogenannte microRNAs gefunden, die die Translation von Oct-4 herauf- oder herunterregulieren.

Literatur

• H. R. Schöler u. a.: New type of POU domain in germ line-specific protein Oct-4. In: Nature 344, 1990, S. 435–439.
• J. Kehler u. a.: Oct-4 is required for primordial germ cell survival. In: EMBO Reports 5, 2004, S. 1078–1083.
• J. Maurer u. a.: Contrasting expression of keratins in mouse and human embryonic stem cells. In: PLoS ONE 3, 2008, e3451. PMID 18941637
• V. Chickarmane, C. Peterson: A computational model for understanding stem cell, trophectoderm and endoderm lineage determination. In: PLoS ONE3, 2008, e3478. PMID 18941526
• Y. Sun u. a.: Evolutionarily conserved transcriptional co-expression guiding embryonic stem cell differentiation. In: PLoS ONE 3, 2008, e3406. PMID 18923680
• D. Qin u. a.: Mouse meningiocytes express Sox2 and yield high efficiency of chimeras after nuclear reprogramming with exogenous factors. In: J Biol Chem 283, S. 33730–33735, 2008 PMID 18826945
• D. Pei: Regulation of pluripotency and reprogramming by transcription factors. In: J. Biol. Chem. 284, 2009, S. 3365–3369, PMID 18819918 (Review).
• T. Wilhelm: Entwicklung und Anwendung neuer Analyseverfahren zur Differenzierung muriner embryonaler Stammzellen. Dissertation, Eberhard Karls Universität Tübingen, 2008, DNB 990032701/34

Nicht-wissenschaftliche Publikationen

• Künstliche Herstellung von Stammzellen gelungen. In: Frankfurter Allgemeine Zeitung vom 21. November 2007
• Wissenschaftlicher Beirat „Bio- und Gentechnologie“ der CDU/CSU-Bundestagsfraktion: (Memento vom 20. Juli 2004 im Internet Archive) (PDF; 181 kB) 2004

Weblinks

• Oktamer-bindender Transkriptionsfaktor 4. In: Online Mendelian Inheritance in Man. (englisch) (englisch)
• POU5F1 POU class 5 homeobox 1 bei Entrez Gene (englisch)
• Gene: POU5F1 (ENSG00000204531) bei Ensembl (englisch)
• PO5F1_HUMAN bei UniProt (englisch)

Einzelnachweise

1. Hans R. Schöler, Siegfried Ruppert, Noriaki Suzuki, Kamal Chowdhury & Peter Gruss: New type of POU domain in germ line-specific protein Oct-4. Nature 344, 435 - 439 (29 March 1990); doi:10.1038/344435a0
2. Norah M. E. Fogarty, Afshan McCarthy, Kirsten E. Snijders, Benjamin E. Powell, Nada Kubikova, Paul Blakeley, Rebecca Lea, Kay Elder, Sissy E. Wamaitha, Daesik Kim, Valdone Maciulyte, Jens Kleinjung, Jin-Soo Kim, Dagan Wells, Ludovic Vallier, Alessandro Bertero, James M. A. Turner, Kathy K. Niakan: Genome editing reveals a role for OCT4 in human embryogenesis. In: Nature. 2017, doi:10.1038/nature24033.
3. Sc-5279 bei scbt.com.
4. H. R. Schöler: TrophoblastGenexpression und Funktion der Gene in der Keimbahn der Maus. In: Tätigkeitsbericht der Max-Planck-Gesellschaft 2004, S. 87–93.
5. J. Yu u. a.: Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. In: Science 318, S. 1917–1920, 2007. PMID 18029452
6. K. Okita u. a.: Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells. In: Nature 448, S. 313–317, 2007. PMID 17554338
7. K. Takahashi und S. Yamanaka: Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. In: Cell 126, S. 663–676, 2006. PMID 16904174
8. Highly efficient miRNA-mediated reprogramming of mouse and human somatic cells to pluripotency. Anokye-Danso F, Trivedi CM, Juhr D, Gupta M, Cui Z, Tian Y, Zhang Y, Yang W, Gruber PJ, Epstein JA, Morrisey EE. Cell Stem Cell. 2011 Apr 8;8(4):376-88.
9. MicroRNA cluster 302-367 enhances somatic cell reprogramming by accelerating a mesenchymal-to-epithelial transition. Liao B, Bao X, Liu L, Feng S, Zovoilis A, Liu W, Xue Y, Cai J, Guo X, Qin B, Zhang R, Wu J, Lai L, Teng M, Niu L, Zhang B, Esteban MA, Pei D. J Biol Chem. 2011 May 13;286(19):17359-64. Epub 2011 Mar 22.
10. microRNA-145 suppresses lung adenocarcinoma-initiating cell proliferation by targeting OCT4.Yin R, Zhang S, Wu Y, Fan X, Jiang F, Zhang Z, Feng D, Guo X, Xu L., Oncol Rep. 2011 Jun;25(6):1747-54. doi:10.3892/or.2011.1252. Epub 2011 Apr 7
11. Up-regulation of microRNA-145 promotes differentiation by repressing OCT4 in human endometrial adenocarcinoma cells. Wu Y, Liu S, Xin H, Jiang J, Younglai E, Sun S, Wang H. Cancer. 2011 Sep 1;117(17):3989-98. doi:10.1002/cncr.25944. Epub 2011 Mar 1.